Удивительный минерал, известен человечеству уже более 5 тысячелетий.
При описании алмаза всегда используют эпитет превосходной степени «самый» - самый твёрдый, самый блестящий, самый редкий, самый дорогой и прочее-прочее...
Алмаз прочно удерживает первенство в ряду всех драгоценных камней с тех пор, как его искусно огранённые формы, известные как бриллианты, выявили всё совершенство свойств этого минерала.
Именно поэтому посвящаем волшебному камню отдельное описание.
Алмаз сочетает исключительную твёрдость, высокое светопреломление, сильную дисперсию и яркий блеск.
«Сырой» алмаз часто имеет непрезентабельный, невзрачный вид и непривлекателен для глаз.
Именно поэтому не трудно понять, почему персы ещё в XIII веке располагали алмаз в ряду драгоценных камней после жемчуга, изумруда и рубина.
от древне-греческого: ἀδάμας[adamas] - «неодолимый», «несокрушимый»
через арабабский ألماس[’almās]
и турецкого elmas
В Древней Индии алмазам приписывал фантастические магические свойства, поэтому все сведения об их добыче оберегали, тщательно скрывали.
В Европу алмазы попали в V - VI веках до нашей эры. Плиний Старший в своей «Естественной истории» описал известные в те времена свойства алмазов.
Посетители Британского Национального музея могут увидеть бронзовую статуэтку, найденную в Древней Греции, с двумя неограненными алмазами вместо глаз.
На Руси слово алмаз впервые было упомянуто в путевых записках под названием «Хождение за три моря» тверского купца Афанасия Никитина, жившего в середине XV века. В «Лапидариях» (XI - XIII века, популярный жанр литературы эпохи Средневековья и Возрождения) алмазы были разделены на женские и мужские.
Древние жители думали, что алмаз вселяет в своего владельца дополнительную силу, твёрдость и мужество, защищает от враждебных сил, усиливает остроту ума, укрощает ярость и сластолюбие, дает воздержание и целомудрие.
Персы в XVI веке считали, что долгое и пристальное созерцание прозрачного алмаза разгоняет хандру, снимает с глаз пелену мрака, делает человека проницательнее и настраивает на весёлый нрав. А алмаз, прикреплённый к руке женщины, помогает разрешиться от бремени.
Также в те далёкие времена люди верили, что из двух воюющих сторон побеждает та, у которой алмаз больше.
Ослепляющая красота алмаза открывается только тогда, когда камень огранён в форму бриллианта. Название «алмаз» происходит от «адамас» - так называли минерал, который, как пологали во времена Плиния, превосходил по качеству другие камни.
Однако определение «адамас» Плиний часто применял для обозначения других минералов, помимо несравненного камня, который со времён Средневековья также известен как «diamond».
Название «diamond» происходит от латинского слова «adamantem» и его распространённой формы «adiamentem». Слово «борт» происходит, вероятнее всего, от старофранцузского «bord» или «bort», что означает «неполноценный». «Карбонадо» - португальское слово, означающее «углистый», употреблялось для обозначения плотных, зернистых разновидностей алмаза, встречающихся в Бразилии.
В настоящее время этот замечательный минерал изучен досконально.
Из всех драгоценных камней алмаз имеет самый простой химический состав.
Алмаз на 96-99.8% состоит из углерода. Алмаз является кристаллическим углеродом. В его кристаллической решётке атомы углерода прочно объединены силами ковалентных связей. Каждый атом соединён с четырьмя окружающими его атомами.
Кристаллы алмаза разнообразны, помимо плоскогранных, распространены кривогранные формы.
В качестве примесей алмаза, определяющих цвет и оттенок, в нём установлены в различных количествах до 0.3% более 25 элементов таблицы Менделеева, такие как: (водород) H, (алюминий) Al, (кремний) Si, (золото) Au, (серебро) Ag, (титан) Ti, (свинец) Pb и другие. В алмазе часто присутствуют примеси, в основном - окись железа и кремнезём со следами извести и магнезии, доля примесей не превышает 5%.
Алмаз бесцветен, либо, что бывает редко, обладает цветными оттенками разной степени интенсивности.
Совершенно бесцветные алмазы – большая редкость. Как правило, у них наблюдается какой-либо оттенок (нацвет). Алмаз может быть окрашен в жёлтоватые, сероватые, зеленоватые, сиреневатые и коричневые тона.
В основном встречаются алмазы, имеющие интенсивную окраску жёлтого, оранжевого, синего, голубого, розового, коричневого, серого, молочно-белого и чёрного цветов.
Именно наличие окиси железа объясняет желтоватый оттенок. Алмаз очень стабилен при нормальных условиях, но, находясь в вакууме или в инертном газе при повышенных температурах, переходит в графит.
Борт (bort или boart) представляет собой скрытокристаллическую форму, в которой кристаллы алмаза беспорядочно распределены. Этот термин используется также для обозначения кристаллов алмазов и их обломков, не находящих применения в ювелирном деле. Такие кристаллы измельчаются и используются при полировке.
Карбонаро (чёрный алмаз), как и bort, является скрытокристаллической разновидностью алмаза, неоднородная масса еще более мелких кристаллов. Используется при производстве режущих инструментов.
Твёрдость алмаза
Специалисты считают алмаз уникальным минералом, обладающим такими свойствами, которых нет у других веществ. Человеку пока неизвестны природные или искусственные материалы, более твердые, чем алмаз.
Высокая твердость и износостойкость алмаза обусловливает его широкое применение в науке и технике.
Например, на шкале твердости минералов алмаз является эталоном с самым высоким показателем, твёрдость алмаза равна 10, а самая высокая из всех минералов микротвёрдость находится в диапазоне от 93 157 до 98 648 Мпа. При этом у алмаза наблюдается анизотропия твёрдости. Это свойство проявляется так, что в разных направлениях и на различных гранях твёрдость кристалла отличается. Это свойство алмаза используется при его обработке.
Износостойкость алмаза колеблется в широких диапазонах, среднее ее значение в несколько раз превышает износостойкость известных абразивных материалов, таких как карбиды кремния и бора.
В популярной литературе можно встретить такой «метод» для отличия бриллианта от других камней (по твердости): бриллиант оставляет царапину на стекле, в то время как все остальные камни стекло не царапают.
В действительности же некоторые имитации бриллианта (в том числе самая распространенная – фианит) легко царапают стекло. Твердость оконного стекла равна 6, кварца – 7, топаза – 8, фианита – 8,5, бесцветного корунда (лейкосапфира) – 9, искусственного муассанита – 9,5. Поэтому тест со стеклом – не очень удачный диагностический метод. Теоретически вместо стекла можно воспользоваться другим более твердым материалом – например, корундом или муассанитом, твердость которых около 9. Но важно учесть, что в этом случае на не бриллиантах останутся царапины.
В итоге твёрдость алмаза, которой он действительно отличается от всех других камней, геммологи обычно не могут использовать как диагностическое свойство. Оно может служить только косвенным признаком: благодаря высокой твердости бриллиант не теряет блеска и игры с годами, поскольку его полировку сложно испортить. Нужно только время от времени очищать камень от микрочастиц пыли и жира.
При этом другие более мягкие имитации (стекло, например) с годами истираются: их грани покрываются царапинами, а ребра завальцовываются («затираются»).
Абразивная способность любого материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного для этого абразива.
Если принять за единицу абразивную способность алмаза, то абразивная способность карбида кремния составит 0.2-0.3, а карбида бора – 0.5-0.6.
Электро и теплопроводность алмаза
Алмаз обладает высокой теплопроводностью. В основном, алмазы не проводят электричество,
исключение составляют голубые алмазы, содержащие бор.
Ювелиры часто используют для диагностики бриллиантов даймонд-тестер (даймонд-детектор). Их работа основана на измерении теплопроводности камня. Они позволяют отличить бриллиант от всех имитаций, за исключением муассанита (поскольку у последнего также очень высокая теплопроводность).
Различить между собой бриллиант и муассанит позволяет муассанит-тестер (или дуотестер), помимо теплопроводности измеряющие электропроводность:
в отличие от проводящего муассанита, алмаз электричество не проводит!
Теплопроводность алмаза может меняется под воздействием температуры.
Плотность алмаза
Плотность алмаза составляет 3.515 грамма на кубический сантиметр.
В природе попадаются алмазы, у которых находят существенные отклонения от этой величины, обусловленные наличием трещин, пор, различных включений.
Плотность прозрачных с наличием зеленоватых пятен алмазов или дымчато-коричневых немного ниже, чем у жёлтых или бесцветных алмазов. Но эти колебания плотности очень незначительны.
Однако в качестве диагностического признака у плотности есть важное ограничение: измерить плотность можно только для неоправленного камня.
Рассмотренные выше свойства – твердость, теплопроводность, электропроводность, плотность – условно относят к физическим. Другая группа свойств камней называется оптическими (например, показатель преломления, дисперсия, цвет).
Показатель преломления алмаза
Показатель преломления света в алмазе высокий – 2,42.
Он позволяет находить такие формы и пропорции огранки бриллианта, при которых лучи света, входя в камень со стороны короны, переотражаются гранями павильона и выходят обратно снова через грани короны.
В результате наблюдатель видит в бриллианте вспышки света, даже когда камень находится в изделии, и со стороны павильона свет в него не поступает. Если такую же форму огранки придать другому камню с близким к алмазу показателем преломления, лучи будут идти тем же путем, поэтому мы не можем отличить ограненный бриллиант от фианита ни по яркости, ни по рисунку отражений граней.
Если же стандартной бриллиантовой огранкой огранить бесцветный сапфир (его показатель преломления 1,76) или горный хрусталь (показатель преломления 1,54), то их можно отличить от бриллианта по внешнему виду: у этих камней по сравнению с бриллиантом яркость меньше, через грани павильона в лупу можно видеть фон, а рисунок отражений граней отличается от такового в бриллианте. Имитирующие бриллиант стекла могут иметь разные показатели преломления, и чем выше показатель, тем больше такое стекло внешне похоже на бриллиант. «Стразы» – старинное название имитаций бриллианта из стекла, которые за счет примесей обычно имеют высокий показатель преломления.
Дисперсия алмаза
Дисперсия света отвечает за «игру» камня. Для алмаза дисперсия численно равна 0,044, и по сравнению с другими камнями это высокая дисперсия, поэтому в бриллианте мы часто можем видеть не только белые, но и цветные вспышки света.
Высокий показатель преломления (2.417) объясняет яркий блеск алмаза. Для лучей света разной длины (цвета) показатель преломления алмаза неодинаков: для красного света – 2.402, для жёлтого – 2.417, для зеленого – 2.427, для фиолетового - 2.465.
Именно высокой дисперсией объясняется «игра» ограненных алмазов – бриллиантов.
Дисперсия фианита и муассанита близка по значению к дисперсии алмаза, поэтому по частоте проявления цветных вспышек мы не можем отличить эти материалы от алмаза.
Некоторые имитации – например, титанат стронция (фабулит) или синтетический рутил, – имеют более высокую дисперсию и потому проявляют больше цветных вспышек, чем бриллиант.
С другой стороны, камни с низкой дисперсией (кварц, топаз, лейкосапфир) мы можем отличить от бриллианта по отсутствию цветных вспышек.
Цвет алмаза
По цвету все алмазы условно разделяют на две группы.
Первая группа – это алмазы бесцветные или околобесцветные (с цветовыми оттенками, особенно часто – желтоватыми и коричневатыми), среди них наиболее ценными являются камни бесцветные, не обладающие цветными оттенками).
Другая группа – это цветные алмазы.
Некоторые имитации алмаза, например, фианит, можно выращивать разных цветов, в том числе и таких, которых не бывает у алмаза.
В этом случае фианит является имитацией других камней, например, зеленый – изумруда, фиолетовый – аметиста. С другой стороны, природный цветной камень может быть имитацией цветного алмаза, например, коричневый циркон могут выдавать за коричневый бриллиант.
Чёрный искусственный муассанит используют как имитацию черных алмазов.
В отличие от остальных свойств, цвет в неодинаковой мере присущ разным алмазам. То есть все алмазы имеют одинаковую твердость и плотность, но разные алмазы могут иметь разный цвет, в зависимости от содержания в них окрашивающих примесей. Изредка можно встретить алмазы или бриллианты с заметным неравномерным распределением окраски.
Определённой привлекательностью обладают алмазы коричневато-жёлтого цвета. Обычны также камни зеленоватого оттенка, хотя этот цвет редко присутствует по всему объему алмаза. Нередки и коричневые алмазы, а розовые, рубиново-красные, розовато-лиловые и синие алмазы редки.
Окраска алмазов связана с наличием различных примесей в структуре кристаллов, иногда – с включениями ряда минералов. Наиболее распространена окраска алмазов жёлтого цвета, обусловленная наличием атомов азота. Зелёные пятна пигментации , окрашивающие поверхность алмазов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании они становятся жёлтыми. Жёлтые пятна пигментации наблюдаются на алмазах из древних россыпей.
Встречаются алмазы с синей и голубой окраской, обусловленной вхождением в структуру алмаза бора.
Сапфирово-синие алмазы чрезвычайно редки и стоят весьма дорого.
Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения.
Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части алмаза.
Серая, чёрная окраска алмазов зависит от концентрации включений графита.
Для обозначения алмазов с чёрными пятнышками вкраплений используют определение «пике» (от французкого слова «pique» - исколотый, пятнистый от укусов насекомых).
Алмаз становится синим, сине-зелёным, а при увеличении длительности облучения – темно-зелёным и чёрным.
В зависимости от свойств алмазы делят на ювелирные и технические. Технические алмазы низкосортны. К ювелирным относят прозрачные алмазы (бесцветные или с нацветом) с небольшим количеством дефектов.
Именно ювелирные алмазы после огранки превращаются в бриллианты.
Среди цветных бриллиантов наибольшей известность пользуются:
В отличии от стекла алмаз прозрачен для рентгеновских лучей, флюоресцирует под действием лучей, лежащих за пределами фиолетовой части видимого спектра.
Некоторые, но не все алмазы флюорецируют в ультрафиолетовых лучахв голубых или желтовато-зелёных тонах. Многие из них светятся в темноте после выдержки на солнечном свету, а некоторые алмазы излучают свет, если их потереть. Это явление известно под названием триболминистенция.
Алмазу можно придать искусственную окраску. Бомбардировка нейтронами вызывает зелёную окраску, интенсивность которой зависит от степени облучения. Если такой зелёный алмаз нагревать, то его цвет будет изменяться, приобретая оттенки желтизны разлной степени.
Бомбардировка алмаза электронами придаёт синюю окраску. Камни с естественной синей окраской можно отличить по их полупроводниковым свойствам. Цвет облучённых алмазов объясняется радиоционным нарушением структуры кристалла, которая частично восстанавливается при нагревании.
Люминесценция алмаза
Для диагностики алмазов используют длинноволновые (ДВ, длина волны 365 нм) и коротковолновые (КВ, длина волны 254 нм) ультрафиолетовые лампы, т.к. цвет и интенсивность свечения камня под этими лампами может отличаться. При оценке бриллиантов используется только люминесценция под ДВ-лампой. Наиболее распространенный цвет люминесценции алмазов – голубой, реже встречаются желтый, зеленый, белесый, розовый и другие цвета. Ювелирное изделие с мелкими бриллиантами обычно красиво светится под ультрафиолетовой ДВ лампой, когда все камни имеют разные цвета и оттенки свечения.
С диагностической точки зрения можно с большой долей вероятности сказать, что если в изделии много бесцветных камней, и все они под УФ-лампой не светятся (инертные), то, скорее всего, эти камни – имитации бриллиантов. Но важно понимать, что такой способ является косвенным, и окончательный вывод о природе камня делается после проверки нескольких свойств.
Алмаз при обычных температурах инертен. Кислоты, даже самые концентрированные и сильные, не оказывают никакого влияния. При высоких температурах алмаз становится химически активным. При температурах выше 600-700 С алмаз может окисляться водяным паром и кислородом. При температурах выше 800 С алмаз травится в расплавах щелочей и металлов.
Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жиросодержащим смесям.
Физические свойства алмазов (цвет, твердость, электропроводность и другие) меняются при облучении.
Все методы облагораживания алмазов можно разделить на две группы в зависимости от их назначения:
- улучшение или изменение окраски
- улучшение прозрачности (чистоты)
Облагораживание алмазов по цвету
Методики изменения цвета алмазов направлены либо на придание им необычной фантазийной окраски, либо на обесцвечивание желтоватых и коричневатых алмазов.
- Облучение - первые опыты по облучению алмазов были проведены в начале ХХ века. При помощи облучения из «бесцветных» алмазов низких цветовых характеристик можно получить алмазы в голубых и зелёных тонах. Алмазы облучают в циклотронах и ядерных реакторах. Остаточная радиоактивность сохраняется лишь очень короткое время.
- Облучение с последующим отжигом - камни, подвергнутые этой процедуре, часто приобретают фантазийную окраску. Обычно при возрастающей температуре отжига цвета алмаза меняются в следующей последовательности: синий (голубой), зеленый, коричневый, желтый и наконец — первоначальный цвет камня до облучения. Отжиг можно остановить на любом этапе. В целом, этим методом можно получить только более темный цвет, чем до облучения, но более светлый, чем после облучения.
-
HPHT-обработка – это обработка при высоких давлениях и температурах (HPHT - High Pressure High Temperature): температура около 2500°С, давление до 8,5 ГПа. Метод применяется с конца 1990-х гг. Из коричневых алмазов можно получить бесцветные, оранжевато-коричневые, оранжевые, жёлто-зелёные, розовые, голубые. На сегодняшний день облагораживание путем воздействия на алмаз (бриллиант) высоких температур и давлений наиболее трудно поддается диагностике. Компания General Electric после облагораживания этим методом на рундисте бриллиантов наносит лазером гравировку “GE POL”, однако обработанные в других лабораториях камни подобную гравировку не содержат.
Возможна комбинированная обработка: после обработки при высоких давлениях и температурах алмазы подвергают облучению электронами, а затем – высокотемпературной обработки без давления. При этом получают алмазы жёлто-зелёного и красного цвета.
-
Нанесение покрытий. Цветные покрытия наносят обычно на павильон бриллиантов. При этом возможна окраска бриллиантов в различные цвета: розовый, красный, жёлтый, оранжевый, голубой, фиолетовый. На глаз наличие покрытия определить очень сложно, но иногда со стороны рундиста можно видеть, что окраска павильона и короны различается по интенсивности. Со временем при механических воздействиях на покрытии могут образоваться царапины.
Большинство бриллиантов на ювелирном рынке, имеющих фантазийную окраску, подвергались облагораживанию. Их стоимость намного меньше аналогичных бриллиантов с природным цветом. Поэтому природность редкого цвета бриллианта должна подтверждаться экспертным заключением.
Облагораживание алмазов по чистоте
Обычно при прогнозе бриллианта технолог старается вывести включения за пределы будущего ограненного камня. В этом случае готовые бриллианты получаются меньшего размера, но более высокой чистоты, что выгодно сказывается на их стоимости. Однако иногда включения и трещины в алмазах рациональнее оставить в камне с целью сохранения большей массы. Кроме того, можно улучшить внешний вид таких бриллиантов, скрыв дефекты различными способами.
С начала 1970-х гг. применяется метод лазерного «высверливания» включений. В бриллианте лазером делается тончайший канал до включения, которое затем расплавляется. Далее расплавленное включение выпаривают, обесцвечивают или растворяют кислотой. Образовавшиеся в результате сверления полость и канал могут быть заполнены стеклоподобным веществом, чтобы они были менее заметны.
Признаком облагораживания алмаза (бриллианта) методом сверления лазером является обнаружение тонкого иглоподобного канала с относительно постоянным диаметром. Иногда встречаются отверстия с изгибами и изломами: при этом лазерные отверстия пересекают несколько близко расположенных включений. В месте выхода на поверхность грани алмаза (бриллианта) узкий канал может расширяться и наблюдается в виде относительно круглого поперечного сечения.
Для улучшения чистоты бриллиантов могут применять метод заполнения трещин. Трещины при этом заполняются расплавленным стеклоподобным материалом, показатель преломления которого близок к алмазному показателю, что делает трещины практически незаметными. Одним из признаков такого заполнения в камне являются разноцветные вспышки внутри камня, приуроченные к трещинам, – так называемый «флеш-эффект».
Факт любого вида облагораживания алмазов бывает можно определить только с помощью специального оборудования в геммологической лаборатории.
Бриллиант и алмаз наиболее удачно иммитируется обожённым цирконом (бесцветной разновидностью, получаемой нагреванием) из-за его высокой дисперсии. Такой циркон можно отличить от бриллианта по его меньшей твёрдости и двупреломлению, а также по тому, что из-за меньшего светопреломления некоторая часть света не отражается, а рассеивается в нижней части камня, имеющего бриллиантовую огранку.
При наличии сомнений лучше прибегнуть к определению удельного веса.
Другие бесцветные минералы - корунд (бесцветный сапфир), топаз и кварц, а также бесцветная синтетическая шпинель , характеризуются достаточно слабой игрой, их легко отличить от бриллианта по показтелям преломления. Простые имитации делают из стекла, но их легко отличить от оригинала, так как при носке грани стекла покрываются царапинами, не говоря уже о низком светопреломлении.
Иногда, для компенсации желтоватого оттенка бриллианта нечистой воды и придания большей стоимости, драгоценный камень окрашивают в синий цвет. Покупая украшение с таким камнем, внимательно исследуйте низ бриллианта, если он не скрыт оправой.
Список возможных имитаций алмаза довольно обширен:
- фианит
- муассанит
- титанат стронция (фабулит)
- иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ)
- галлий-гадолиниевый гранат (ГГГ)
- ниобат лития (линобат)
- синтетический рутил
- алюминат иттрия
- кварц
- природный и синтетический сапфир (лейкосапфир)
- синтетическая шпинель
- синтетический шеелит
- топаз
- сфен (титанит)
- цинкит
Основнымии наиболее распространенными имитациями алмаза (бриллианта) являются фианит и муассанит.
Синтетические бриллианты
Помимо бриллиантов, изготовленных из природных алмазов, и их имитаций на ювелирном рынке встречаются и другие типы камней. К ним относятся синтетические ограненные алмазы и облагороженные бриллианты.
Отличие природных алмазов от синтетических основано на других принципах, нежели описаны выше. Это связано с тем, что синтетические алмазы имеют такой же химический состав, структуру и свойства, как и природные.
А облагораживанию подвергаются природные алмазы, и особенности их диагностики также отличаются от простой диагностики алмаза и его имитаций.
Большинство синтетических алмазов ювелирного качества характеризуются ярким желтым и жёлто-коричневым цветом, но на рынке уже существуют камни и других цветов (бесцветные, красные, синие и др.).
История синтеза алмазов связана с именем американской компании General Electric, которая получила первые синтетические алмазы в конце 1954 года.
На сегодняшний момент алмаз синтезируют тремя основными методами.
Метод синтеза с помощью перекристаллизация алмаза при температурном перепаде
HPHT – High Pressure High Temperature.
Используются два различных типа камер для создания высокой температуры и давления – BARS (разработан в Новосибирске) и BELT (разработан General Electric).
Метод синтеза с помощью химического осаждения алмаза из газовой фазы (CVD)
Метод синтеза алмаза из графита
Данный метод синтеза алмаза позволяет получать камни только технического назначения (применяются в промышленности).
Большинство искусственных алмазов, используемых в ювелирной индустрии, синтезируются с помощью HPHT-метода. Алмазы, выращенные путем осаждения из пара, также могут использоваться как ювелирные, но они пока уступают HPHT-камням в размере.
Мелкие синтетические алмазы используются в технике, их стоимость относительно невысока.
Алмазы же ювелирного качества, массой от 0.5 карата могут по стоимости составлять примерно 30% от стоимости аналогичных по качеству природных камней.
Масса огранённых синтетических алмазов обычно не превышает 1 карата.
Вероятность встретить в ювелирном изделии синтетические бриллианты массой 2-3 карата сейчас очень низка, поскольку стоимость синтеза исходного сырья пока ещё достаточно высока.
На ювелирном рынке обычно представлены синтетические бриллианты фантазийного цвета с хорошей чистотой.
Синтезируют алмазы в основном в России (Москва, Троицк и Новосибирск), США и Беларуси.
Отличить синтетический алмаз от природного можно в геммологической лаборатории по особенностям распределения окраски, люминесценции, оптическим спектрам, характеру включений.