В.А.Хамитов,
п. Октябрьский, Пермская обл.

Бриллиантовая история

Нет ни одного образованного человека, который бы не слышал про алмазы и бриллианты. И редкая модница, хотя бы мысленно, не прикидывала к своей шейке бриллиантовое колье или перстень на пальчик. Что такое алмаз? Алмаз – драгоценный камень, особо твёрдая разновидность углерода (твёрдость по шкале Мооса 10), коэффициент преломления 2,42. Высоким показателем преломления объясняется особая игра света огранённого алмаза – бриллианта. А ведь алмаз – родной брат графита и сажи. Даже антрацит – высококачественный каменный уголь – его ближайший родственник. Все особые свойства алмаза возникают из-за способа упаковки атомов углерода.

Месторождения алмазов имеются в Бразилии, Индии, ЮАР, России (Якутия, Архангельская и Пермская области) и т.д. В Пермской области, в бассейне реки Вишеры, добывают мелкие, но самые чистые алмазы в мире. Есть бриллианты, цена которых достигает 40–100 млн долларов. Массу алмазов измеряют в каратах (1 карат = 0,2 г). Самый большой алмаз найден в ЮАР. Он получил название «Куллинан» и имел массу 3100 каратов (610 г). Но и мелкие камни очень ценятся. Резко увеличивает цену алмаза его окраска: розовая, жёлтая, голубая, коричневая. История именитых алмазов, сопутствующие им легенды, параметры камней прекрасно изложены в книге Bolman J. De edelsteenen uit den Bijbel gezien in het licht der hedendaagsche edelsteenkunde» – Amsterdam, 1958 («Благородные камни от Библии до наших дней в ювелирном деле»).

Мировой рынок алмазов контролирует транснациональная кампания «De Beers». Но её монополия сейчас под угрозой. Сначала в России, а теперь в США начинается производство ювелирных алмазов.

Технические алмазы впервые синтезировали в Швеции (1853 г.), а затем в США (1954 г.). Работы подтвердили, что алмаз является фазой высокого давления. Сейчас алмаз уверенно синтезируют во многих странах мира. (Помню сам, что в 70-е гг. для бурения особо твёрдых пород нефтяники брали долото «ИСМ» с вкраплениями технических алмазов). Из искусственного алмаза изготавливается много технических материалов: алмазные пилы, абразивные круги, фрезы, напильники, буровые коронки (долота). Масштабы очень велики. Например, США имеют стратегический запас технических алмазов 65 т (325 млн каратов).

Как их делают? Две американские фирмы в 1997 г. начали производство ювелирных алмазов (фирмы «Apollo» и «Gemesis»). Способы разные.

Вот метод фирмы «Apollo»:

1. Поместите алмазные крошки на подложку и доведите давление до 100 000 кПа.

2. Добавьте водород (Н) и природный газ (СН). Нагрейте всё это лучом мазера, и при 980 °С из атомов уйдут электроны – образуется плазма.

3. Углерод высвобождается из облака плазмы и осаждается на подложке.

4. Кристаллы алмаза растут в виде кирпичиков. Они растут со скоростью 0,5 мм в сутки.

5. Откройте камеру и возьмите кирпичик. Разрежьте его на части.

Можно огранить алмаз, а крошка пойдёт на изготовление инструмента. За 20 дней можно вырастить алмаз массой 6 каратов. Подложек может быть до 100 штук. Как всё просто! Но за этой простотой стоит долгий и тяжёлый труд физиков и химиков ХХ в.

Качество алмазов. Мысленно прогуляемся в алмазную столицу мира – Антверпен. В мастерской Аарона Вейнгаартена случился переполох. Сам хозяин с окладистой бородой и чёрном костюме ортодоксального еврея тихо говорит: «Камень очень редкий, жёлтые алмазы такого оттенка найти очень непросто. Я за 35 лет работы вижу четвёртый камень. Он стоит от 10 до 15 тысяч долларов».

Собеседник молча выкладывает на стол второй, третий, четвёртый, пятый камень. На ювелира жалко смотреть, он чуть не плачет. «Это что, кубический оксид циркония (в России – фианит. – В.Х.)?» – робко спрашивает он. «Алмазы – чётко говорит собеседник. – Они изготовлены на русских машинах во Флориде, США», – чем добивает ювелира окончательно. «Но они неотличимы от естественных. Значит, алмазной империи “De Beers” грозит крах. А нам как жить дальше?» Он имеет в виду 30 000 ювелиров Бельгии. Собеседник отвечает: «Так же. Работы ещё и добавится».

Русские машины. Ещё в 1992 г. в Новосибирске Н.И.Полушин на опытной установке получил ювелирные алмазы. Промышленные алмазы начали создавать в СССР с 1960 г., но ювелирные требовали больших давлений и температур. Алмазы получили, тут Полушину с помощниками можно было бы и разбогатеть, но... С развалом СССР технология выращивания алмазов оказалась ненужной.

Открытие попало в поле зрения Картера Кларка, владельца компании «Gemesis». Он купил 10 установок по смешной цене – 570 тыс. долл. Мировой рынок алмазов – 7 млрд долларов. На 10 машинах в течение 20–25 дней можно получить 200 5-каратных алмазов по цене 10–15 тыс. долл. Покупка машин оправдается пятикратно за цикл.

Меньшие алмазы пойдут на изготовление термостойких микросхем, которым не страшен перегрев. Редкий радиотехник моего поколения не сжёг хотя бы один транзистор. А приборы на основе алмаза не боятся высокой температуры и радиации.

А как отреагировала кампания «De Beers» на это? Она информировала покупателей о появлении синтетических ювелирных алмазов.

Зачем нужны синтетические алмазы? Камни фирмы «Gemesis» цветные, т.е. с примесями. А вот алмазы от «Apollo» – чистейшей воды. Именно эти камушки попали к профессору Ван Ройсну – одному из ведущих минералогов Бельгии. Он провёл их полный анализ. И вот его заключение: «Думаю, что отличить их всё же смогу: они слишком идеальны (! – В.Х.) для настоящих алмазов. В природе всё имеет изъяны. А у этих камней их практически нет! В ваших руках – будущее радиоэлектроники. Если хотите понять, насколько ценны эти камни, поговорите с вице-адмиралом, профессором Джимом Батлером из лаборатории перспективных разработок ВМФ США».

Кому достанутся бешеные деньги? Джим Батлер уже 16 лет возглавляет отдел лаборатории, который занят созданием алмазного процессора. Существуют три преграды на пути решения проблемы:

1. Высокая стоимость алмазов из-за монополии «De Beers», которая не отпускает цены.

2. Отсутствие источника чистых однородных камней.

3. Отсутствие (до недавнего времени) необходимого для создания транзистора алмазных плёнок с проводимостью n-типа (плёнки с проводимостью p-типа получены давно).

И вот в июне 2003 г. учёные США, Франции и Израиля получили такие! Теперь основная задача – получение чистых, идеальных камней. Та страна, которая будет производить синтетические алмазы, получит сказочные прибыли!

Рынок радиоэлектронной промышленности в мире равен двум бюджетам США – 1600 млрд долл. Это и новые персональные компьютеры, и солнечные батареи с КПД порядка 50%, что позволит реально создать солнечный электромобиль, и многое, многое другое.

Вот что было продано в США за 570 тыс. долл. Опять наше изобретение уплыло в чужие руки...

Литература

1. Смит Г. Драгоценные камни. – М.: АСТ, 2002.
2. Драгоценные камни: Мини-атлас. – СПб: Кристалл, 2002.
3. Популярная механика, 2004, № 6.