Физические и химические свойства алмазов

Алмазы обладают целым рядом уникальных свойств. Они привле­кают внимание многих специалистов, и их кристаллы являются: одним из первоочередных объектов исследований в различных об­ластях физики твердого тела. В результате многолетних исследо­ваний разнообразные свойства алмазов изучены более или менее детально; выяснена корреляция некоторых свойств между собой, характер их проявления в зависимости от особенностей внутрен­него строения кристаллов и дефектов в их структуре. Однако сле­дует отметить, что исследования проводились главным образом на совершенных кристаллах первой разновидности. Свойства других разновидностей кристаллов и поликристаллических образований изучены мало, в связи с чем физические особенности различных разновидностей алмаза выявлены еще далеко не полно.

Робертсон, Фокс и Мартин (Robertson, Fox, Martin, 1934) выде­лили по отличию некоторых физических свойств два типа алмазов: тип I и тип II. Позднее другие исследователи уточнили и дополни­ли список характерных свойств алмазов этих двух типов: были вы­явлены текстурные особенности их кристаллов, а также различие их в химическом составе (по содержанию примеси азота), электро­проводности, счетных и некоторых других свойств. В результате детальных исследований классификация алмазов по их физическим свойствам усложнилась: каждый тип алмазов был разделен на два подтипа (Iа, I6, IIа и IIб), кроме этого, были обнаружены так на­зываемые алмазы промежуточного типа. В настоящее время во всех работах, касающихся физических свойств алмазов, отмеча­ется, к какому типу относятся исследуемые алмазы.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА

Показатель преломления, дисперсия, отражательная способность и блеск

Первые определения показателя преломления алмаза были сде­ланы в XIX в. рядом исследователей (Schrauf, 1860; Cloizeaux,. 1874; Walter, 1890; Wulfing, 1896 и др.). Измерения производились на алмазных призмах в широком диапазоне волн.

Было установлено, что алмаз обладает высокой дисперсией 0,062, т. е. показатель преломления его сильно изменяется в зави­симости от длины волны.

Интенсивность блеска кристалла с идеальными гранями обусловливается его отражательной способностью R, которая может быть определена по формуле Френеля R = (n – 1)² / (n + 1)². Отражательная способность алмаза, если вычислить ее по этой формуле, подста­вив значение показателя преломления n = 2,417, соответствующее натровому свету (λ = 589,3), равна 0,172. Это значит, что из всего потока падающего на алмаз света только 17,2% отражается от поверхности его граней.

Как известно, на проявление блеска большое влияние оказыва­ет характер поверхности кристаллов. Кристаллы алмаза с глад­кими зеркальными гранями, имеющими совершенную поверхность, обладают сильным блеском. Если кристаллы имеют тонкопластин­чатое строение граней и широко развитые комбинационные поверхности, сложенные кромками отдельных пластин, то эти по­верхности выглядят более тусклыми. Так, например, грани кри­сталлов алмазов типа II (безазотных), а также промежуточного типа имеют заметно меньший блеск, чем алмазов типа I (азотных). Это объясняется тем, что грани на кристаллах алмазов ти­па II имеют микрослоистое строение, а кривогранные поверхности на кристаллах алмазов этого типа бывают постоянно скульптированы каплевидными холмиками. Кривогранные поверхности кри­сталлов алмазов типа I часто бывают совершенно гладкими и об­ладают сильным блеском.

Аномальное двупреломление в кристаллах алмаза

Кристаллы алмаза как вещества кубической сингонии должны быть оптически изотропными, однако в них всегда обнаруживается двупреломление.

Первые описания характера двупреломления в кристаллах ал­маза появились в конце XIX в. Брауне отмечал, что им наблюдался узор двупреломления в виде полос, ориентированных параллельно ребрам октаэдра.

Он сделал вывод, что двупреломление в алмазах вызвано неравномерно распреде­ляющимися внутренними напряжениями, которые, по его мнению, возникают в результате закалки кристаллов. В подтверждение это­го он указывал на двупреломление в стеклах, подвергнутых закал­ке. Малляр высказал предположение, что напряжения в алмазах появляются в связи с полиморфным превращением. Позднее эта точка зрения была развита Г. Фриделем. Он наблюдал внезапное изменение картины двупреломления при t = 1885° С и на основании этого сделал вывод, что внутренние напряжения появляются в алмазах в связи с резким изменением объема во время перехода при этой температуре одной структурной модификации в другую.

При исследовании алмазов нами было уделено большое внима­ние аномальному двупреломлению в их кристаллах. Изучение этого явления проводилось на пластинах, вырезанных в определенной ориентации, а также на целых кристаллах, что позволяло видеть общую картину двупреломления по всему их объему. Из всех ра­бот предыдущих исследователей и полученных нами материалов можно сделать заключение, что аномальное двупреломление в кри­сталлах алмаза вызывается внутренними напряжениями, проис­хождение которых различно. Разнообразие узоров двупреломления обусловливается отличием внутреннего строения кристаллов, не­одинаковым распределением в них дислокаций, включений, разно­го рода дефектов, связанных с пластической деформацией и меха­ническими ударами.