Твердость по бринеллю алмаза – Твердость алмаза и другие его характеристики

alexxlab | 25.11.2019 | 0 | Разное

Содержание

Твердость алмаза и другие его характеристики

В этой статье:

Многие знают, что алмаз самый твердый в мире природный материал. Некоторые слышали или, возможно, сталкивались с таким понятием, как алмазное напыление или алмазные головки режущих инструментов. Но что на самом деле представляет собой такое понятие, как твердость алмаза, и с чем она связана?

Алмазы

Понятие твердости и ее измерение долгое время оставалось довольно спорным вопросом. Очень долго не могли разработать методику, по которой можно было бы определить количество этого параметра. Пока Моос не придумал измерять этот параметр путем пробы поцарапать один минерал другими минералами. Если один из них поддавался царапанию другим, то ему автоматически присваивалось более низкое значение твердости. Приняв за каждую единицу какой-либо эталон, он разработал собственную шкалу твердости с показателями от 1 до 10.

За 10 баллов отвечала твердость алмаза, эталоном для одного балла твердости стал тальк. Другой распространенный драгоценный камень — корунд, который делится на рубины и сапфиры имеет показатель 9. Таким образом была закреплена такая самая распространенная шкала и соответствующие значения.

Почему алмаз имеет такой высокий показатель твердости? Как оказалось, химическая структура алмаза представляет собой чистый углерод. Тот же самый углерод, который в нормированном состоянии является графитом и твердость по шкале Мооса которого равняется единице.

Почему же тогда они имеют такие разные свойства, если состоят из одного и того же атома? Это происходит за счёт химических связей и строения решетки кристалла. Атомы углерода в этих двух веществах по-разному между собой связаны, что дает разное строение структуры.

Как известно, в природе нет материала, который был бы тверже алмаза. Но недавно учеными было разработано синтетическое вещество, которое, по их заявлению, имеет такой показатель на 58% больше. Это вещество получило название лонсдейлит. Лонсдейлит может выдержать давление, которое на 55 ГПа превышает давление, которое может выдержать самый твердый алмаз. Его использование практически невозможно из-за высокой стоимости. В применении такого материала особой необходимости нет.

Другие характеристики

Если алмаз самый твердый минерал, означает ли это, что если его невозможно сломать? К сожалению, это не так. Дело в том, что в разных направлениях кристалла его твердость неодинакова. На этом свойстве как раз и основана его огранка, шлифовка и распиловка.

Поэтому прочность алмаза невелика, от сильного удара он может расколоться на части. Это несколько ограничивает его применение. Высокая твердость обуславливает его высокую износостойкость и сопротивление стиранию, но не гарантирует, что алмаз не сломается.

Кажется, что если алмаз имеет такую высокую твердость то как минимум должен быть очень плотным. На самом деле его плотность составляет всего около 3,5 грамма на сантиметр кубический. Это в три раза больше, чем воды, но, например, в шесть раз меньше, чем у золота.

Тем не менее для камня такая плотность является достаточной, можно даже сказать большой, что также влияет на его прочность. Бриллианты имеют характерный блеск и игру цвета, которые объясняются таким параметром, как показатель преломления. Показатель преломления бриллиантов составляет примерно 2,4, что является наибольшим значением для драгоценного камня. Еще одним важным параметром является дисперсия. Дисперсия представляет собой различие показателей преломления в зависимости от длины волны применяемого освещения.

Шкала Мооса

Чем больше показатель дисперсии, тем сильнее выражена игра цветов. У алмазов этот показатель высокий, что и дает ему уникальное сияние. Сочетание преломления и дисперсии, а также твердости минерала, которая позволяет отполировать его без малейшего изъяна или трещины, составляют вместе тот необходимый набор, который делает этот камень самым дорогим в мире.

Алмаз имеет еще одно интересное свойство — он характеризуется самой высокой теплопроводностью, которая является наибольшей среди всех твердых тел. Это позволяет рассматривать его в качестве перспективного полупроводника для применения в электронике. Однако это возможно только при условии, что научатся синтезировать дешевые алмазы. Кремниевые полупроводники могут работать при температуре до 100 градусов по Цельсия в то время, как микросхема на алмазах будет выдерживать намного большие температуры.

Алмаз не растворяется в кислотах и щелочах. Обладает низким коэффициентом трения в воздухе, что происходит за счёт образования пленок абсорбера на поверхности камня. Температура плавления составляет 3500-4000 градусов Цельсия при определенных условиях давления. Если он находится на воздухе при температуре около 860 градусов, начинается процесс горения. Если его нагревать до высокой температуры без доступа кислорода, он переходит в углерод за несколько минут.

Структура кристаллической решетки

В конце XVIII века была обнаружено, из чего состоит алмаз. После этого было сделано огромное количество попыток, чтобы получить его в лабораторных условиях. Для этого были проведены эксперименты с техническими условиями, так как долго не могли понять при каких именно он образуется.

Как оказалось, алмаз состоит из атомов углерода, которые соединяются между собой в пространстве в особом порядке. Такой порядок называется кристаллической решеткой. Расположение частиц и тип такой решетки как раз и задают плотность алмаза и его твердость. Каждая ячейка имеет форму куба, поэтому кристаллическая решетка называется кубической.

Атомы расположены в порядке тетраэдра, между которыми действуют ковалентные связи. Каждый атом связан с четырьмя другими и поэтому имеет наивысший возможный показатель валентности для углерода. Последнее приводит к тому, что все связи заняты и не взаимодействуют со сторонними веществами. Именно такой тип решетки и объясняет высокую твердость алмазов.

Ещё известны две разновидности кристаллического вещества, которые состоят из атомов углерода: углерод и лонсдейлит, который был описан выше. Такой минерал встречается в останках метеорита. Графит же можно увидеть на каждом шагу. Отличия в кристаллической решетке между графитом и алмазом приводит к тому, что графит имеет очень мягкую структуру и легко слоится, тогда как алмаз почти ничем нельзя поцарапать.

У графита решетка имеет гексагональный характер. Частицы углерода расположены слоями, дистанция между которыми больше, чем между атомами в одном слое. Это обуславливает такие основные свойства графита, как электропроводность и поглощение света.

Расстояние между атомами кубической решетки алмаза везде имеет одинаковое значение — этим объясняется прозрачность минерала и его способность оказывать сопротивление и не проводить электрический ток. В минерале могут содержаться такие металлы в виде примесей:

  • магний;
  • алюминий;
  • кремний;
  • гранит;
  • кальций.

Часто встречаются кристаллы с включением воды, углекислоты или других газообразных веществ.

Примеси неравномерно распределяются и больше всего их наблюдается на периферии кристалла. Такой тип кристаллической структуры встречается и у других элементов 4 группы с такой валентностью. Однако по мере увеличения атомной массы расстояние между ними растет и прочность ковалентной связи падает. Поэтому алмаз имеет самую высокую прочность, так как его атомы расположены ближе всего.

Благодаря своей прочности, алмаз находит применение не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Например, используются в строительстве и когда нужно просверлить что-нибудь или обрезать в сложных конструкциях из бетона и стали. Кроме того, алмазные конструкции используются в ремонте для резки по граниту, мрамору и другим твердым материалам.

Используется минерал в точном приборостроении и для изготовления инструмента начиная от любительских пил и ножниц по металлу, стеклорезов, фрез, шлифовальных кругов и заканчивая инструментами хирурга и космическими носителями.

Строительство тоннелей и прокладка кабелей невозможны без этого материала. Проходческий комбайн, ножи которого покрыты тонким напылением алмазной крошки, применяются там, где невозможно построить туннель другим способом. В медицине применяются скальпели из алмаза, где невозможно использовать обычный. Ведутся активные разработки медицинского лазера, в котором он будет использоваться в качестве полупроводника.

В телекоммуникациях и электронике алмаз используют для прохождения сигналов разных частот по одному кабелю. В качестве защитного элемента используется в лабораторном оборудовании для физических и химических научных исследований.

Постоянно ведутся новые разработки возможности получения синтетических алмазов высокого качества и небольшой цены для того, чтобы широко использовать его во всех сферах промышленности. Твердость этого камня также влияет на его высокие показатели износостойкости при использовании в ювелирном деле.

Рекомендуем похожие статьи

okaratah.com

О твердости и об алмазе

Details
Parent Category: Фолианты
Category: Наука
Created on Monday, 15 February 2016 11:00


С древности известно, что самое твердое вещество в природе — алмаз. Этим непобедимым материалом можно обрабатывать (резать, шлифовать) любой другой. Каждый атом в решетке алмаза связан с четырьмя соседями (рис.1). Высокая твердость алмаза — следствие наличия очень коротких сильных кова-лентных связей между атомами.
Твердость всегда была объектом пристального внимания, главным образом из-за различных технических приложений твердых материалов.
Несмотря на кажущуюся очевидность понятий «твердый» и «мягкий», строгое однозначное физическое определение величины твердости отсутствует. Твердость — это свойство материалов оказывать сопротивление проникновению в них других твердых тел. На практике часто пользуются относительной минералогической шкалой Мооса, согласно которой из двух материалов тверже тот, которым можно поцарапать другой. Гвоздем можно поцарапать пластмассу, алмазом — стекло, следовательно, сталь тверже пластмассы, алмаз тверже стекла. Однако бывает так, что оба ма-
териала царапают друг друга; такие пары образуют, например, полевой шпат и германий, рубин и карбид вольфрама. К тому же царапающая способность зависит от условий эксперимента, например величины прикладываемой нагрузки или формы острия.

В технике для измерения твердости используют методы Бринелля, Роквелла или Виккерса. На исследуемый материал надавливают с некоторой силой либо шариком из закаленной стали (метод Бринелля и один из вариантов метода Роквелла), либо алмазным конусом (другой вариант метода Роквелла), либо алмазной пирамидкой (метод Виккерса). Остается отпечаток. Величина твердости равна отношению нагрузки к площади отпечатка, то есть она равна давлению на материал, при котором происходит необратимая пластическая деформация - микропродавливание. В качестве непосредственно измеряемой величины в методах Бринелля и Виккерса используется диаметр, а в методе Роквелла — глубина отпечатка.
В физике твердость измеряется в одинаковых с давлением единицах, например в кгс/мм2. Величина твердости равна отношению нагрузки к 

площади отпечатка, то есть давлению на материал, при котором происходит необратимая пластическая деформация — микропродавлива-ние. Заметим, что в тех же единицах измеряется и прочность — способность материала сопротивляться деформации: она равна отношению усилия, при котором происходит разрыв или пластическое течение материала, к площади поперечного сечения образца.

В результате измерений оказалось, что для алмаза твердость по Виккер-су составляет около 10000 кгс/мм2— это в 4 раза больше твердости корунда (2500 кгс/мм2). Согласно шкале Мооса корунд имеет твердость 9, а алмаз — 10. Это означает, что при сравнении материалов с твердостью выше 2000 кгс/мм2 шкалой Мооса пользоваться неудобно, так как все материалы будут иметь близкие значения твердости — между 9 и 10.
У материалов с высокой твердостью при любом методе измерения твердость оказалось зависящей от величины приложенной нагрузки: малым нагрузкам соответствуют более высокие значения твердости. Объяснение этому мы дадим ниже, а пока заметим, что при больших нагрузках (для алмаза выше 0,5—1 кгс) твердость почти постоянна. В справочниках обычно приводится ее значение при нагрузке в 1 кгс. А если использовать микротвердомеры с нагрузкой на пирамидку 0,1 — 0,2 кгс, можно получить для алмаза
значения в 2—3 раза больше справочных.
Это обстоятельство сослужило плохую службу многим исследователям сверхтвердых материалов. Так, сразу после синтеза в СССР искусственных алмазов было заявлено, что они тверже природных. Ученые Запада пребывали в недоумении — получаемые ими искусственные алмазы хотя и были сверхтвердыми, но уступали по большинству механических характеристик природным алмазам. Помимо жажды сенсаций и психологически понятного стремления к рекордам в СССР был и дополнительный «политический» стимул к преувеличению полученных результатов: необходимо было доказать, что наши «социалистические» алмазы тверже и «буржуазных», и природных. Позже выяснилось, однако, что измерения у нас проводили на стандартных твердомерах с использованием малых нагрузок -0,1—0.2 кгс, поэтому и получались значения твердости в 15000—20000 кгс/мм2. В настоящее время в серьезных справочных изданиях содержатся данные, согласно которым по большинству механических характеристик искусственные алмазы в 1,5—2 раза уступают природным.
Однако и при одинаковой нагрузке твердость разных кристаллов алмаза может оказаться разной. Она зависит от концентрации дефектов — вакансий, дислокаций, атомов примесей, микротрещин. Твердость наиболее
мягких монокристаллов алмаза составляет 6000—7000 кгс/мм2, у твердых кристаллов она вдвое выше. Часто, исследуя свойства кристалла алмаза, в том числе и твердость, можно определить, в каком месторождении он был найден. Например, якутские алмазы обычно тверже австралийских (хотя, конечно, все зависит от конкретного месторождения и даже от конкретной «трубки»). Некоторые природные поликристаллы алмаза с мелким зерном, так называемые карбонадо, имеют твердость 20000 кгс/мм2 и выше. Точность определения их твердости невелика — стандартные алмазные пирамидки, сталкиваясь в своей нелегкой жизни с таким объектом, начинают деформироваться сами.
Подытоживая, можно сделать вывод, что твердость и прочность -характеристики не столько вещества, сколько конкретного его образца с данным размером зерна, определенной концентрацией и типом дефектов и так далее.

Поделитесь статьей с друзьями

www.ateismy.net

Твердость по Бринеллю — что это такое и для чего ее нужно знать

При выборе паркета покупатель сталкивается со множеством характеристик, ранее ему не знакомых. Одной из них является Твердость по Бринеллю, которая чаще всего используется для оценки твердости полов из разных пород древесины. Иногда в тех же целях применяются и другие методы, например, шкала Янка (широко используется в США).

Автор метода — шведский ученый Юхан Андерс Бринелль, предложивший в 1900 году измерять твердость металлов с помощью вдавливания с определенной силой в их поверхность металлического шарика. Позже метод был применен для определения твердости древесины. По диаметру оставленного шариком отпечатка оценивают степень твердости образца.

В качестве индентора используется шарик из твердого сплава диаметром от 1 до 10 мм, в зависимости от материала исследуемого образца. От него же зависит и степень прилагаемой нагрузки. Для образцов из древесины используется нагрузка в 100 кг и шарик диаметром 10 мм.

Твердость по Бринеллю обозначают HB (BHN, HBS, HBW). Она рассчитывается по формуле:

HB = F/S

Где F — приложенная сила;

S — площадь квадрата, в который вписана окружность полученного отпечатка.

Ниже приведены породы древесины и их показатели HB (чем выше число, тем тверже древесина):


Нетрудно заметить, что у хвойных и быстрорастущих лиственных пород твердость гораздо ниже, чем у медленно растущих лиственных пород, например, дуба. Кроме того, показатель твердости древесины зависит от климатических условий, в которых дерево росло, так что у одной и той же породы твердость может варьироваться. К примеру:

  • Вишня - от 3,0 до 3,2
  • Ясень - от 3,3 до 4,1
  • Клен - от 3,2 до 4,2
  • Дуб - от 2,9 до 3,7
  • Бук - от 2,7 до 4,0
  • Береза ​​- от 2,2 до 2,7
  • Сосна - от 1,3 до 1,8

Почему нужно знать твердость древесины по Бринеллю?

Эта информация важна, т. к. позволяет судить о прочности и потенциальной износостойкости конкретного продукта, будь то массивная доска, штучный паркет или инженерные конструкции. Чем мягче слой износа паркета, тем легче он будет повреждаться от твердых предметов (например, ножек мебели, каблуков и т. п.) и быстрее изнашиваться с годами.

Особенно это актуально для мест высокой проходимости: прихожих, детских, кухонь. В таких помещениях рекомендуют укладывать паркет, сделанный из пород высокой и средней твердости. Например, бамбуковый паркет для детской.


Обычно производители широко применяют в изготовлении паркета древесину пород средней твердости (дуб, ясень), реже - древесину сверхтвердых пород (ятоба, сукупира, ярра, венге и др.). При этом стоимость массивной доски тем выше, чем тверже древесина, из которой она сделана. Исключение - паркет из бамбука, сверхпрочный, но при этом доступный по цене. Пример: массивная доска из Бамбука от Amigo.

Для паркетной доски твердость древесины тоже имеет значение, однако нужно иметь в виду, что чем тоньше слой ценной древесины, тем меньшую нагрузку принимает он на себя. Поэтому при производстве шпонированной паркетной доски (ценный слой - 0,5-1,5 мм) в качестве промежуточного слоя используется сверхтвердая HDF-плита, выдерживающая высокие нагрузки.

parketme.ru

Твердость алмаза

Твердость алмаза можно определить с помощью нескольких известных ранее шкал. Твердость минералов – такой показатель, измерения которого лучше избегать, если такая возможность существует. Чтобы проверить твердость, нужно царапать минерал различными материалами. Фридрих Моос – известный ученый-минералог – в 1811 году предложил использовать для определения твердости камней специальную шкалу, придуманную им. Впоследствии ее назвали шкалой Мооса.

Что же такое твердость? Простыми словами, это сопротивление, которое оказывает минерал, когда его пытаются поцарапать другим минералом или материалом. Фридрих Моос разработал шкалу с коэффициентом твердости от 1 до 10, где 1 – это тальк, а 10 – алмаз. Ученый взял в свою эталонную шкалу легкодоступные минералы и построил их в линейку по возрастанию сопротивления другим минералам. Числа твердости, указанные Моосом, не определяют истинную твердость минерала.

Алмаз – самый твердый в мире минерал естественного происхождения, по шкале Мооса его показатель равняется 10. Корунд имеет показатель, равный 9. Ученый удалось синтезировать карборунд, который превосходит по твердости корунд, но алмаз он все равно не царапает. Сталь по твердости намного уступает алмазу, ее твердость находится в диапазоне от 5,5 до 7,5 в зависимости от сплава. Тверже алмаза сплав стали сделать не удалось. Но твердость стали определяется с помощью алмазных пластин: насколько пластинка или пирамидка вдавится в образец стали, такая и будет твердость. Сейчас все чаще на производстве алмазы заменяются стальными шариками специальных сплавов.

Прочность алмаза, или почему алмаз такой твердый

Очень давно, когда на Земле еще не было жизни, а сама планета была молодой, на поверхности происходили природные процессы. Тектоническая порода находилась в расплавленном состоянии, она перемешивалась под действием высоких температур и паров различных испарений, а потом медленно остывала. Все эти процессы привели к формированию самого твердого камня, который сейчас называется алмазом.

Происхождение названия данного камня уходит своими корнями в глубокую древность, почему его стали называть именно алмазом, до конца остается неизвестным, но существует ряд предположений:

  1. Слово алмаз пришло из Греции. “Адамас” – “твердый”, “несокрушимый”.
  2. “Ал-ма” от персидского “твердый”.
  3. Название камня происходит от женского имени Элиза или Элайза. Полная форма этого имени Елизавета, означает «Божья милость». По легенде была девушка, которая обладала даром исцеления людей. Имя ее было Элиза. Она была крепка душой и телом, могла своим умением поднять на ноги даже самого тяжелобольного человека. Однажды Элиза влюбилась в прекрасного юношу, он ответил на ее чувства, их любовь была прекрасна, но длилась недолго. Элиза отправилась в дальний путь, чтобы пополнить запасы целебных трав. В это время ее возлюбленный тяжело заболел. Когда Элиза вернулась, он был уже мертв. Девушка жила в горах, она зашла в одну из пещер горной местности и горько заплакала. Это были самые первые ее слезы, они обратились в камни, которые потом стали называть алмазами.

Твердость алмаза и графита

Интересным фактом является то, что алмаз – самый крепкий минерал, а графиту по шкале Мооса соответствует число 1, что означает, что он самый мягкий.

Алмаз и графит состоят из одинаковых атомов одного и того же химического элемента – углерода. Тогда почему одно вещество самое мягкое, а другое – самое твердое? Ответ очень прост. Все дело в химических связях или кристаллических решетках этих минералов. Атомы углерода по-разному связаны между собой, поэтому они проявляют разные химические и физические свойства: имеют различный внешний вид, твердость, пластичность, блеск и другие параметры. Графит имеет слоистую структуру. Атомы углерода между собой связаны слабо, это и объясняет то, что графит очень мягкий.

Лонсдейлит – синтетический алмаз

В природе нет материала тверже алмаза, но наука не стоит на месте. Ученым удалось синтезировать вещество, которое является на 58% прочнее алмаза. Название этого материала – лонсдейлит. Он может выдержать давление на 55 ГПа больше, чем самый твердый природный минерал. Но его использование почти невозможно, потому что его очень трудно получать. Стоимость получения не оправдывает затраченных средств, а в его применении нет особой необходимости. Назван лонсдейлит в честь кристаллографа Кетлин Лонсдейл, которая была родом из Британии.

vseokamnyah.ru

27. Твердость полимеров. Определение твердости по Бринеллю, по Роквеллу, по Виккерсу.

Метод Бринелля. Метод измерения твердости металлов. Сущность метода заключается во вдавливании шарика (стального или из твердого сплава) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца

Метод Виккерса. Измерение твердости основано на вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием силы,

Метод Роквелла. Сущность метода заключается во внедрении в поверхность образца (или изделия) алмазного конусного или закалённого стального сферического наконечника.

28. Порошковые графиты производят из смеси углеродного порошка, получаемого из кокса, с каменноугольным пеком. Из приготовленной смеси формуют заготовки, которые затем подвергают двухстадийной термической обработке. температурах соответственно и.

На первой стадии термической обработки при 1000 °С, которую называют обжигом, происходит пиролиз каменноугольного пека с выделением летучих веществ, что приводит к формированию пористого углеродного каркаса между зернами наполнителя.

Вторая стадия термической обработки при 2500 °С и выше называется графитация (не путать с процессом графитизации – выделением графита в железоуглеродистых сплавах). В условиях высоких температур происходит кристаллизация углерода с формированием в нем кристаллитов графита.

29. Пирографит образуется в результате высокотемпературного разложения газообразных углеводородов или паров жидких углеводородов. Углерод в аллотропной модификации графита кристаллизуется из газовой фазы на нагретой свыше 2000 °С инертной к углероду твердой поверхности. С учетом высокой температуры нагрева в качестве такого материала обычно используют конструкционный графит.

Пирографит имеет очень низкую теплопроводность в направлении, перпендикулярном поверхности осаждения (кристаллографическое направление с кристаллита графита), что обеспечивает его высокую теплоизолирующую способность. В кристаллографическом направлении а пирографит имеет высокую теплопроводность. По прочности и химической стойкости пирографит значительно превосходит традиционные углеграфитовые материалы. В направлении а пирографит в 10 раз прочнее традиционных конструкционных графитов. Преимущества пирографита наиболее наглядно проявляются в высокотемпературной области: при высоких температурах приобретает пластичность. При температуре выше 2500 °С относительное удлинение пирографита при растяжении превышает 100%.

Пирографит сохраняет уникальную способность графита к повышению прочности при нагреве. Если прочность всех известных материалов при нагреве падает, то прочность пирографита возрастает.

В высокотемпературной области по удельной прочности пирографит в 5 раз превосходит самый тугоплавкий металл – вольфрам. В современных конструкциях пирографит используется в качестве теплозащитных покрытий высокотемпературных деталей, причем высокая прочность пирографита позволяет изготовлять из него и самонесущие детали высокотемпературной теплозащиты.

Теплозащитные свойства пирографита находят также применение в металлургии для плавки тугоплавких металлов, так как большинство из них не смачивает пирографит.

Стеклоуглерод получил свое название вследствие стекловидного излома и аморфного строения. Получают его путем пиролиза термореактивных углеводородов. Управление кристаллической структурой возможно только в ограниченных пределах и достигается путем термической обработки стеклоуглерода при температурах графитации. Стеклоуглерод, термически обработанный при температурах более 2000 °С, называют стеклографитом.

studfiles.net

Камень бриллиант - свойства | Физические свойства алмаза

Минерал алмаз по сути представляет собой одну из многочисленных модификаций углерода. Физические свойства алмаза определяются внутренним строением кристалла.

Как и другие минералы, физические свойства алмаза оцениваются по следующим критериям:

Твердость алмаза

По шкале Мооса твердость алмаза является максимальной и равна 10.

Данная общепринятая шкала Мооса дает относительные значения по твердости .  Ее показатели говорят о том, что минерал с более высоким числом царапает минерал с более низким.

Следующим после алмаза по твердости в шкале идет корунд со значением 9. Но его абсолютное значение твердости в 150 раз меньше чем у алмаза – что говорит об абсолютном лидерстве алмаза в этом отношении.

Существуют и другие способы определения твердости, но оценка по Моосу (царапание минерала другим минералом-эталоном) оказалась наиболее простой и наименее разрушительной методикой, которая широко используется и  в настоящее время.

Твердый — значит не сломать?

Твердость алмаза не одинакова в разных направлениях кристалла. На этом основана распиловка, огранка и шлифовка алмазов. Высокая твёрдость обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание. Одновременно с твердостью, алмаз является достаточно хрупким, что несколько ограничивает его применение. Под воздействием сильного удара алмаз легко раскалывается по плоскостям, параллельным граням правильного октаэдра.

Плотность (удельный вес) алмаза

Удельный вес (плотность) алмаза находятся в промежутке 3,417-3,55 гр/см3. Это достаточно много, и высокая плотность в том числе влияет на прочность данного минерала.

Удельный вес тела есть отношение его веса к весу чистой воды равного объема.

Таким образом, при одинаковых объемах, алмаз весит примерно в 3,52 раза больше чем вода.

Коэффициент преломления и дисперсии алмаза

Характерный блеск и «огонь» ограненных и отполированных алмазов (бриллиантов) обусловлен очень высоким показателем преломления (от 2,417 до 2,421) и сильной дисперсией (0,0574).

Для справки: светопреломление – это отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду, где свет резко меняет свою скорость. Дисперсия – это различия в показателе преломления в зависимости от цвета (длины волны) применяемого освещения.

Дисперсия является основой внутреннего «огня» алмазов.

Рис.1: Схематичное изображение дисперсии:

Рис.2: Игра «огня» в бриллианте

Алмаз имеет показатель преломления 2,42, что является самым высоким среди всех драгоценных камней, используемых в ювелирном деле. Именно поэтому мы имеем удовольствие наблюдать такие свойства камня бриллиант, как сверкающий, алмазный блеск.

Уникальное сочетание дисперсии с высоким преломлением и твердостью алмаза, позволяющего отполировать его грани без малейших изъянов, составляет именно тот уникальный набор свойств, который позволил занять алмазу вершину в мире драгоценностей.

Другие физические свойства алмазов

Алмаз характеризуется аномально высокой теплопроводностью, которая составляет 900—2300 Вт/(м·К) и является наивысшей среди всех твердых тел. Это свойство позволяет рассматривать алмаз в качестве перспективного полупроводника (конечно, при условии, что будут разработаны достаточно дешевые методы производства синтетических алмазов). Существующие в настоящее время кремниевые полупроводники могут работать до 100°С, в то время как алмазные микросхемы  будут работоспособны при гораздо более высоких температурах.

Из прочих свойств можно отметить, что алмаз не растворяется в кислотах и щелочах, является диэлектриком, обладает очень низким коэффициентом трения по металлу на воздухе (0,1) что объясняется образованием на поверхности алмаза тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Под действием дневного света и особенно ультарфиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться голубым, желтым и зеленым цветом, под действием катодных лучей проявляется люминесценция бледно-голубым цветом, под действием рентгеновских лучей – синеватым. Алмазы обладают свойством прилипать к некоторым жировым смесям. Это свойство широко используется для извлечения алмазов на обогатительных фабриках.

Температура плавления алмаза составляет 3700—4000 °C при давлении 11 ГПа. На воздухе алмаз начинает горение при 850°C. В струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720—800 °C, полностью превращаясь в углекислый газ. Нагревание алмаза без доступа воздуха приводит к его частичному переходу в графит при температурах выше 1500°С. При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут.

ВСЕ КАМНИ — КАТАЛОГ | АЛМАЗЫ (БРИЛЛИАНТЫ) — КАТАЛОГ

Химический состав алмаза | Структура кристалла алмаза | Какие бывают алмазы? Формы кристаллов алмаза | Какого цвета алмазы? | Какие алмазы в украшениях с черными бриллиантами? | Самый большой алмаз в мире

Поделитесь статьей с друзьями

Работы дизайнеров из каталога ЮВЕЛИРУМ

juvelirum.ru

Определение твердости методом бринелля

Бринелля метод: особенности и суть

Чтобы определить твёрдость материала, чаще всего используется изобретение шведского инженера Бринелля - метод, измеряющий свойства поверхности и дающий дополнительные характеристики полимерных металлов.

Оценка материала

Именно благодаря этому открытию сейчас оцениваются пути наиболее эффективного применения пластиков. Не слишком высокой твёрдости пластмассы проверяются на эластичность и мягкость, чтобы быть использованными как герметизирующий, уплотнительный и прокладочный материал. Разработка Бринелля - метод, позволяющий определить прочность и твёрдость материала, который будет служить в важных конструкциях - в зубчатых колёсах и венцах, подшипниках под тяжёлой нагрузкой, деталях резьбовых соединений и т.д.

Оценку прочности наиболее точно даёт именно этот способ. Значение параметра, который обозначается Р1В, трудно переоценить. Наиболее часто для этой цели применяется разработка Бринелля - метод, при котором пятимиллиметровый стальной шарик вдавливается в материал. По глубине вдавливания шарика и определяется ГОСТ.

История

В 1900 году инженера из Швеции Юхана Августа Бринелля метод, предложенный им мировому материаловедению, сделал знаменитым. Он не только был назван в честь изобретателя, но и стал наиболее широко использоваться, стандартизировался.

Что такое твёрдость? Это особое свойство материала, не испытывающего пластическую деформацию от контактного местного воздействия, которое чаще всего сводится к внедрению индектора (более твёрдого тела) в материал.

Восстановленная и невосстановленная твёрдость

Метод Бринелля помогает измерить восстановленную твёрдость, которая определяется отношением величины нагрузки к объёму отпечатка, площади проекции или площади поверхности. Таким образом, твёрдость бывает объёмная, проекционная и поверхностная. Последняя определяется отношением: нагрузка к площади отпечатка. Объёмная твёрдость измеряется отношением нагрузки к объёму его, а проекционная - нагрузка к площади проекции, которую оставил отпечаток.

Невосстановленная твердость по методу Бринелля определяется по тем же параметрам, только основной измеряемой величиной становится сила сопротивления, отношение которой к площади поверхности, объёму или проекции показывает внедрённый в материал индектор. Таким же образом рассчитывается объёмная, проекционная и поверхностная твёрдость: отношением силы сопротивления либо к площади поверхности внедрённой части индектора, либо к площади проекции его, либо к объёму.

Определение твёрдости

Способность к сопротивлению пластической и упругой деформации при воздействии на материал более твёрдого индектора - это определение твёрдости, то есть, фактически это тест материала на вдавливание. Метод измерения твердости по Бринеллю - измерение, насколько глубоко индектор проник в материал. Чтобы знать точное значение твёрдости данного материала, нужно измерить глубину проникновения. Для этого существует метод Бринелля и Роквелла, реже применяется метод Виккерса.

Если метод Роквелла определяет непосредственно глубину проникновения шарика в материал, то Виккерс и Бринелль измеряют отпечаток по площади его поверхности. Получается, что чем глубже индектор в материале, тем отпечаток получается большей площади. На твёрдость можно тестировать абсолютно любые материалы: минералы, металлы, пластмассы и тому подобное, но определяется твёрдость каждого из них собственным методом.

Как найти способ

Метод определения твердости по Бринеллю очень хорош для неоднородных материалов, для сплавов, которые не слишком тверды. Не только вид материала определяет способ измерения, но и сами параметры, которые нужно определить. Твёрдость сплавов измеряется как бы усреднённо, поскольку в них соседствуют материалы с разными характеристиками. Например, чугун. У него очень неоднородная структура, там присутствуют цементит, графит, перлит, феррит, а пото

zna4enie.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о