Развитие ювелирного искусства (на примере алмаза)

35

Томский государственный университет

Геолого-географический факультет

кафедра минералогии

РЕФЕРАТ

Тема: Развитие ювелирного искусства (на примере алмаза)

Выполнил: ст-т 3 курса ОЗО ГГФ

Якимов М.Н.

Проверил: _______________

Коноваленко С.И.

Томск 2003

Содержание

стр.

Введение 3

1. Структура кристаллов 4

2. Применение алмаза с древних времен до наших дней 7

3. Происхождение алмаза 13

4. Обработка алмазов 18

5. Самые крупные, известные и ценные алмазы 27

Заключение 34

Список используемой литературы 35

Введение

«Ум человеческий открыл много диковинного в природе и откроет еще больше, увеличивая тем свою власть над ней.»

В. И. Ленин «Материализм и эмпириокритицизм»

Кристаллы встречаются нам повсюду. Мы ходим по кристаллам, строим из кристаллов, обрабатываем кристаллы на заводах, выращиваем их в лабораториях, широко применяем в технике и науке, едим кристаллы, лечимся ими... Что же такое кристаллы?

В земле иногда находят камни такой формы, как будто их кто-то тщательно выпиливал, шлифовал, полировал. Это многогранники с плоскими гранями и прямыми ребрами. Правильные и совершенные формы этих камней, безукоризненная гладкость их граней поражают нас. Трудно поверить, что такие идеальные многогранники образовались сами, без помощи человека. Вот эти-то камни с природной симметричной многогранной формой и называются кристаллами.

Кристаллы, залегающие в земле, бесконечно разнообразны. Размеры их достигают подчас человеческого роста. Встречаются кристаллы-лепестки тоньше бумаги и кристаллы-пласты в несколько метров толщиной. В музее Горного Института в Санкт-Петербурге хранится кристалл горного хрусталя высотой около метра и весом больше тонны, который много лет служил тумбой у ворот одного из домов в Свердловске.

Многие кристаллы идеально чисты и прозрачны, как вода. Недаром говорят: « кристально чистый».

Чешский писатель Карел Чапек в своих «Записках из Англии» пишет: «...Есть кристаллы огромные, как колоннада храма, нежные, как плесень, острые, как шипы; чистые, лазурные, зеленые, огненные, черные; математически точные, совершенные, похожие на конструкции сумасбродных, капризных ученых... Есть кристаллические пещеры, чудовищные пузыри минеральной массы... И в человеке таится сила кристаллизации...»

1. Структура кристаллов

Рассмотрим кристаллы разных веществ. Как отличить их друг от друга? По цвету? По блеску? Нет, это признаки ненадежные. К примеру, кристаллы кварца могут быть бесцветными, золотистыми, коричневыми, черными, сиреневыми, лиловыми. В музее в Санкт-Петербурге хранится коллекция кристаллов природного корунда сорока различных цветов и оттенков: Кроваво-красный рубин, лазорево-синий или голубой сапфир, бесцветный лейкосапфир, черный наждак- все это один и тот же минерал корунд или окись алюминия.

Приглядевшись к кристаллам внимательнее, нетрудно увидеть их гораздо более характерную особенность: кристаллы разных веществ отличаются друг от друга своими формами.

Давно прошли те времена, когда считали, что кристаллы - это только естественные многогранники, и поэтому думали, что кристаллы встречаются редко, считали их игрой природы. Кристаллы не надо специально искать. Наоборот, не найдешь таких металлов и почти не встретишь таких камней, которые не были бы кристаллическими. Но в большинстве своем камни и металлы - это поликристаллы, т.е. сростки многих мелких кристаллических «зерен», и в этих сростках уже неразличимы многогранные формы отдельных монокристаллов. Да и не только неразличимы: этих форм просто нет, и не вырастает монокристальное зерно многогранником потому, что со всех сторон теснят его такие же монокристаллы. Поэтому в очертаниях зерна уже не остается следов многогранника.

Нередко образуется поликристалл столь мелкозернистый, что ни в лупу, ни в микроскоп нельзя различить в нем отдельные кристаллики. Как же убедиться в его кристаллическом строении? Каков же самый характерный, самый основной признак кристалла?

Ответ гласит: самая характерная особенность кристалла - это его атомная структура, правильное, симметричное, закономерное расположение атомов.

Кристаллы построены правильно, строго закономерно. И в них тоже атомы, ионы, молекулы не находятся в покое, но частицы не сталкиваются друг с другом, потому что все они расположены правильным строем и каждая может колебаться около определенного положения. Эти правильные ряды частиц в пространстве, трехмерные решетки из атомов, образуют кристаллическую структуру.

Структура всех кристаллических веществ периодична и закономерна. Во всех кристаллах частицы выстраиваются симметричными правильными рядами, плоскими сетками, трехмерными решетками.

Во всех кристаллах, во всех твердых веществах частицы расположены правильным четким строем, выстроены симметричным, повторяющимся узором. Пока есть этот порядок - существует твердое тело, кристалл. Нарушен порядок, рассыпался строй частиц - значит, кристалл расплавился, превратился в жидкость или испарился, перейдя в пар.

Одинаков ли порядок, строй атомов в разных твердых телах? Конечно, нет. Природа бесконечно разнообразна и не любит повторений. Строй атомов железа совсем не похож на постройку атомов в кристалле льда. В каждом веществе есть именно свой, характерный узор и порядок расположения атомов. И от того, каков этот порядок, зависят свойства вещества. Одни и те же атомы одного «сорта», располагаясь по-разному, образуют вещества совсем разных свойств.

Посмотрим, например, на атомы углерода. Сажа или копоть, - мягкий черный порошок, собирающийся на дне кастрюли или в печной трубе, - это углерод. Уголь, древесный или каменный, - это тоже углерод. Графит, мягкий стержень карандаша, выдерживает очень высокие температуры, это кристалл, сложенный из атомов углерода. Есть и другая форма кристаллов углерода - алмаз, самый дорогой и самый красивый из драгоценных камней. Алмаз очень твердый, тверже всех камней на Земле. Им можно резать, шлифовать и сверлить любые твердые камни и металлы.

Трудно поверить, что алмаз и графит сложены из одних и тех же атомов углерода. Графит мягкий, непрозрачный, черный. Алмаз - твердый, прозрачный, искрящийся всеми цветами радуги. Графит огнеупорный, алмаз легко горит.

Структура кристалла определяет свойства вещества и его форму. А правильная многогранная форма - это следствие атомной структуры. Плоские грани кристалла отвечают плоским сеткам кристаллической решетки, острые прямые ребра - рядам атомов в решетке.

Каждое кристаллическое вещество можно отличить от другого по его атомной структуре. В одних кристаллах решетки очень простые, в других - сложные. В разных веществах различны расстояния между частицами в решетке. Но все эти расстояния очень малы, это стомиллионные доли сантиметра (ангстремы).

Во всех кристаллических веществах атомы, ионы, молекулы образуют симметричные ряды, сетки и решетки. Правильное повторяющееся расположение частиц обязательно для кристаллов, оно является их основной особенностью, отличающей их от некристаллов. На вопрос, что же такое кристаллы, ответ таков: кристаллы - это вещества, в которых составляющие их частицы расположены строго периодически, образуя геометрически закономерную кристаллическую структуру.

Кристаллическая структура обнаружена не только в природных многогранниках камней, в кристаллических горных породах и в металлах, но и в очень многих других телах. Уж на что, казалось бы, глина не похожа на кристаллы, но и она состоит из мельчайших кристаллических частичек. Даже в таких веществах, как человеческие кости, волосы, волокна шерсти, шелк, обнаружено кристаллическое строение.

Громадное большинство твердых веществ на Земле являются кристаллическими. Только кристаллы - большей частью не те прекрасные многогранники, которыми мы любуемся в музеях, а крохотные, подчас невидимые глазом зернышки. Однако внутреннее строение этих невзрачных зерен столь же красиво и удивительно закономерно, как и строение чудесных больших многогранников.    

2. Применение алмаза с древних времен до наших дней

С самых ранних времен человеческой культуры люди ценили красоту драгоценных камней. Алмаз! Это название известно каждому. С ним ассоциируются представления о несравненном блеске и непревзойденной твердости. Со вторым свойством связано и название минерала, которое происходит или от арабского слова «ал-мас» («твердейший») или от греческого « адамас» («непреодолимый, несокрушимый»).

Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений и большое валютное значение. Прозрачные бесцветные или красиво окрашенные кристаллы алмаза, пригодные для огранки, являются драгоценными камнями 1-го класса, так же как сапфир, рубин, изумруд, александрит, эвклаз. Ювелиры разделяют алмазы почти на 1000 сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков.

С конца XIX века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов. Достаточно напомнить, что по оценкам западных экономистов промышленный потенциал США в случае отказа от импорта алмазов упадет в 2-3 раза. Применение алмазного инструмента существенно повышает чистоту обработки деталей, а производительность труда возрастает при этом в среднем на 50 %.

Массу алмазов принято измерять в каратах. Каратом в Древней Греции называли семена рожкового дерева, по форме напоминающие крупную горошину. После высушивания семена имели сравнительно постоянную массу - от 150 до 220 мг.

В промышленности используются преимущественно алмазы, непригодные для огранки: непрозрачные, с многочисленными включениями, трещинами, мелкозернистые сростки, алмазная крошка и т.п. Единой классификации технических алмазов не существует, поскольку каждая отрасль промышленности предъявляет свои требования к их сортировке.

Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости истирания, в 50 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз выше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготовления резцов. Алмаз применяется для бурения горных пород и механической обработке самых разнообразных материалов.

Бурение скважин в толщах горных пород, слагающих земную кору, в широких масштабах применяется при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых, а также при эксплуатации нефтяных и газовых залежей. Не обойтись без бурения и при выполнении всевозможных взрывных и инженерно-геологических работ, предшествующих возведению крупных зданий, плотин и многих других объектов.

В техническом отношении наиболее совершенным является вращательное алмазное бурение, которое осуществляется высверливанием скважин в толще горных пород с помощью буровых коронок, армированных алмазами. Коронки, армированные алмазами, повышают скорость бурения в 8-15 раз по сравнению с бурением, основанным на применении твердосплавных или дробовых коронок.

Наилучшими алмазами для бурения считаются тонкозернистые плотные карбонадо,  поскольку они обладают повышенной твердостью и наименее подвержены раскалыванию. На втором месте стоят шаровидные балласы и небольшие монокристаллы алмаза округлой формы. На изготовление буровых коронок ежегодно расходуется около 0.6 тонны камней, что составляет примерно 10 % общего количества добываемых в мире технических алмазов.

Применение алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда, но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Совершенно незаменимы алмазы при вытачивании опорных рубиновых камней, используемых в часовых и многих других точных механизмах, а также при правке шлифовальных кругов.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных металлов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими (от 0.5 до 0.001 мм) отверстиями.

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрупких материалах. Такие сверла («алмазные жала») позволяют высверливать, например, в стекле отверстия диаметром 2 мм и длиной до 850 мм!

Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не остается равнодушным.

С 50-х годов внимание ученых и конструкторов начинают привлекать другие физические свойства алмаза. Известно, что, попадая в кристалл, быстрые заряженные частицы выбивают электроны из его атомов, т.е. ионизируют вещество. В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

Кристаллы алмаза, применимые в качестве счетчиков, крайне редки, поэтому цена их значительно выше, чем у равных по величине ювелирных камней. Некоторые кристаллы алмаза являются полупроводниками p- типа в широком диапазоне температур и давлений.

Использование алмазов в полупроводниковых и некоторых оптических приборах, а также в счетчиках ядерного излучения весьма перспективно, поскольку такие приборы способны работать в самых различных условиях, включая области низких и высоких температур, сильные электромагнитные и гравитационные поля, агрессивные среды и т.п. Следовательно, основанные на алмазах приборы могут оказаться незаменимыми при космических исследованиях, а также при изучении глубинного строения нашей планеты.

Алмазу с незапамятных времен отводилось особое место среди представителей минерального царства. Исключительность свойств алмаза порождала множество легенд, в которых наряду с чистейшим вымыслом встречались и описания некоторых реальных свойств камня.

В Индии, где много веков назад были найдены первые алмазы, накапливались и обобщались сведения о свойствах кристаллов алмаза и его месторождениях. Однако жрецы из религиозных и политических, а купцы из коммерческих соображений препятствовали распространению этих сведений и подменяли их всякого рода мистическими толками и суеверными выдумками.

По мнению древних индусов, алмазы образуются из «пяти начал природы»: земли, воды, неба, воздуха и энергии. При этом алмазы, как и люди, разделялись на четыре класса (Варны): «брахманов», «кшатриев», «вайшьев» и «шудр». «Брахманами» назывались бесцветные и белые, как градины, цвета «серебристых облаков и луны» шестивершинные или октаэдрические кристаллы алмаза, считавшиеся высшей степенью совершенства. Алмазы с красноватым оттенком относились к «кшатриям» , зеленоватые- к «вайшьям», а серые- к «шудрам». «Кшатрии» оценивались в 3/4, «вайшьи»- в 1/2, а «шудры»- в 1/4 стоимости «брахманов».

Многие индийские и, по-видимому, арабские легенды об алмазе были повторены в начале нашей эры в работе древнеримского естествоиспытателя Плиния Старшего «Естественная история ископаемых тел». Наряду с легендами и суевериями Плиний приводит довольно точные характеристики некоторых свойств алмаза. Так, в частности, он описывает использование алмазов при обработке других твердых материалов и отмечает, что сам алмаз может быть обработан только другим алмазом. На протяжении последующих веков воззрения Плиния считались незыблемыми и переходили из одного трактата в другой, обрастая все большим числом фантастических вымыслов.

В средние века были составлены даже специальные книги о происхождении, магических и целебных свойствах различных камней - лапидарии.

Такого же рода «лечебные» книги печатались и в России. Одна из них, опубликованная в 1672 году, называлась «Книга, глаголемая «Прохладный вертоград», избранная от многих мудрецов о различных врачевских вещах, к здравию человеческому пристоящих».

В известной сказке о путешествиях Синбада - морехода рассказывается о хитроумном способе добычи алмазов. Где-то в далекой стране есть необычайно глубокое ущелье, дно которого усеяно алмазами. Доступ к сокровищам преграждают несметные полчища огромных змей. Однако люди нашли способ извлекать драгоценные камни и отсюда. Для этого с окружающих гор они сбрасывали в ущелье большие куски мяса. Алмазы прилипали к мясу, и огромные орлы уносили его в свои гнезда. Смелые искатели добирались до орлиных гнезд и собирали сверкающие кристаллы.

Случайно или нет, но в этой сказке есть два момента, которые увязываются с практическими данными. Одним из них является способность алмаза прилипать к жирам, а второй - «посредническая» роль птиц при добыче алмазов. Какие-либо достоверные сведения об этом в древнеиндийских источниках отсутствуют, но мы располагаем многочисленными и вполне достоверными данными, относящимися к XIX веку. На раннем периоде истории алмазных разработок в Южной Африке считалось выгодным разводить домашнюю птицу. Птицы рылись в отвалах горных выработок и, завидев блестящие зерна, проглатывали их.

Зоб каждой зарезанной птицы тщательно осматривали, надеясь найти драгоценный кристалл. Надежды эти иногда оправдывались. Так, к примеру, документально засвидетельствовано, что в зобу одного голубя, убитого на территории алмазного рудника, было обнаружено 23 алмаза массой 5.5 карата.

Нашла отражение в легендах и исключительная твердость алмаза. Плиний отмечает «несказанную» твердость камня, который «так сопротивляется ударам на наковальне, что железо с обеих сторон разлетается и сама наковальня растрескивается». Очевидно, что римский ученый не различал твердости и прочности веществ. Если бы он проверил справедливость своего утверждения и, положив алмаз на наковальню, ударил по нему молотком, то лишился бы своей драгоценности, поскольку камень разлетелся бы на куски.

В китайских легендах, относящихся к IV веку н. э., рассказывается, что в королевстве Фу- Нан добывают алмазы, которые могут резать яшму. По своему виду они напоминают плавиковый шпат и растут подобно сталактитам, на дне моря, на глубине сотен метров. Пловцы ныряют за ними утром и выплывают только к концу дня. При ударе по алмазу молотком алмаз остается неповрежденным, а молоток раскалывается. Однако если удар нанести бараньим рогом, то алмаз разломается, как лед. Очевидно, что авторы этой легенды беспорядочно смешали свойства нескольких минералов: алмаза, жемчуга и кальцита.

Легенды об алмазе и других драгоценных камнях включались в некоторые художественные произведения. Очень поэтичны описания самоцветов в произведениях А. И. Куприна. Об алмазе говорится, что он «царь всех камней- камень шамир. Греки называют его адамас, что значит- неодолимый. Он остается невредимым в самом сильном огне. Это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем. Он играет всеми цветами, но сам остается прозрачным, точно капля воды. Он сияет в темноте ночи, но даже днем теряет свой свет на руке убийцы».

3. Происхождение алмаза

Первая примитивная добыча алмазов проводилась в Индии задолго до начала нашей эры. Много веков эта страна оставалась единственным поставщиком алмаза на мировой рынок. И лишь в начале XVIII века стало известно об открытии алмазных месторождений в Бразилии. Новые месторождения оказались крупнее и богаче, в результате чего Бразилия опередила Индию по добыче алмазов. Это первенство она сохраняла, пока во второй половине XIX века не были открыты богатейшие месторождения Южной Африки.

Долгое время алмазы добывали рабы, уделом которых был непосильный ручной труд в сыром мраке подземных выработок.

В конце XIX века были открыты коренные месторождения алмазов. Их разработка ведется обычно следующим образом. На расстоянии 300-400 метров от трубки проводят шахту. Ее ствол соединяют с трубкой горизонтальным тоннелем - главной штольней. Выемку кимберлита производят камерами высотой 10-12 метров. Одна главная и несколько вспомогательных штолен позволяют выбирать блок высотой до 200 метров. После этого шахту углубляют на 200 метров, и весь цикл работ повторяется снова.

Вымыслы и легенды о путях образования алмаза рождались не только в начале эры и в средние века. В 1877 году в журнале «Кругозор» была опубликована заметка следующего содержания: «О происхождении алмаза имеются лишь смутные догадки. Он образовался, вероятно, среди первобытных пород, но его находят исключительно среди наносных камней и в речном песке новейшего образования. Поэтому нет возможности определить, каким путем образовался алмаз- сухим, мокрым или органическим. Известнейший химик нашего времени Ю. Либих предполагал, что алмазы- продукты гниения. «Это  было бы удивительнейшим актом творчества природы, если бы продуктом смерти и разложения являлся как Феникс ярко блистающий алмаз. Но все это лишь предположения. Природа еще бережет свою тайну, но, конечно, лишь временно».

Сегодня мы с полным основанием можем сказать, что последняя фраза явилась пророческой. Менее чем за сто лет не только разгадали тайну образования природных алмазов, но и научились изготавливать синтетические алмазы в неограниченном количестве.

Природные алмазы в «сыром» виде довольно невзрачны. В большинстве случаев они представляют собой сравнительно мелкие (1-5 мм в диаметре) зерна с тусклой матовой или шероховатой поверхностью, нередко покрытые пленками, корочками и примазками посторонних веществ (бурых гидроксилов железа и т. п.) . И даже хорошо образованные прозрачные кристаллы алмаза с гладкими поверхностями граней не обладают блеском и «игрой», столь типичными для драгоценных камней, и поэтому обычно не привлекают внимания неспециалистов.

Подавляющая часть алмазов встречается в виде обособленных кристаллов; во всех месторождениях присутствуют сростки, образованные несколькими маленькими кристалликами, а также микро - и скрыто - кристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен.

Обособленные кристаллы алмаза поражают многообразием форм и сложностью скульптурных образований на гранях. Наиболее характерной формой алмазных кристаллов является восьмигранник (октаэдр). Реже встречаются алмазы, имеющие форму куба, ромбододекаэдра и некоторые другие. Перечисленные формы ограничены плоскими или плоскоступенчатыми гранями.

Наряду с плоскогранниками во всех месторождениях присутствуют, а иногда и преобладают кристаллы с выпуклыми искривленными гранями. Кривогранные алмазы, как правило, имеют 12 граней. В отличии от сходных плоскогранных форм, они называются додекаэдроидами. В незначительном количестве среди кривогранных алмазов встречаются октаэдроиды и кубоиды.

Кроме отмеченных крайних типов в любом месторождении неизменно присутствуют все переходные разновидности от плоскогранных к кривогранным кристаллам алмаза. Превращение плоскогранных октаэдров в додекаэдроиды начиналось с притупления и постепенного округления вершин и ребер кристаллов. По мере развития процесса плоские октаэдрические грани постепенно замещались искривленными поверхностями, центральные зоны которых располагались на месте ребер октаэдра. Такие поверхности имеют вид выпуклых ромбов с неясно выраженным перегибом по короткой оси.

По вопросу происхождения кривогранных округлых кристаллов алмаза существуют две точки зрения. Согласно одной из них, алмазы кристаллизовались в виде плоскогранников, а в дальнейшем из-за уменьшения давления частично растворялись. У кристаллов всех веществ вершины и ребра растворяются быстрее, чем грани, что приводит к округлению. Многие считают, что кривогранные формы возникают в процессе роста алмазов. Представления о происхождении округлых алмазов в итоге частичного растворения первичных плоскогранных форм, согласно книге Орлова Ю. Л. «Минералогия алмаза», наиболее обоснованы теоретически и подтверждаются экспериментальными данными.

Поверхность как плоскогранных, так и кривогранных алмазов редко бывает гладкой и блестящей. Почти всегда она покрыта многочисленными углублениями, бугорками, штриховкой, кольцевыми и ступенчатыми выступами, которые рассеивают свет, обусловливая тусклый или стеклянный блеск большинства природных алмазов в их естественном виде.

Цвет алмазов изменяется в широких пределах и имеет большое значение при оценке ювелирных, а иногда и технических камней. Наиболее обычны бесцветные, желтые, бурые, серые и черные алмазы. Реже встречаются разновидности с зеленоватыми, голубоватыми и розоватыми оттенками. Камни чистых ярких тонов синего, зеленого и красного цвета весьма редки.  

Окраска у многих кристаллов распределена не равномерно, а концентрируется на отдельных участках. При нагревании некоторых бурых алмазов они приобретают золотистый оттенок, а бледно-розовые становятся густо-розовыми. Правда, через непродолжительное время первоначальная окраска восстанавливается. Поверхность камней самых древних (более1-1.5 млрд. лет) месторождений имеет зеленую окраску, которая исчезает при механической обработке кристалла. Возникновение зеленой «рубашки» на алмазах связано с продолжительным воздействием на них радиоактивного облучения. Образование темно-зеленой оболочки на бесцветном ядре кристалла алмаза под воздействием радиации наблюдалось и в лабораторных условиях.

Большинство добываемых алмазов представлено кристалликами, размеры которых исчисляются первыми миллиметрами. Масса каждого из них не превышает 1 карата. Вместе с тем встречаются алмазы,  масса которых достигает нескольких сотен,  и даже тысяч карат. Такие камни - большая редкость, и каждому крупному (более 50 карат) алмазу присваивается название.

Представление о встречаемости крупных камней и их доле в общем объеме продукции алмазных месторождений дает таблица 1.

Рудник	Средняя масса крупных кристаллов, карат	Отношение общей массы к общей продукции, %	Число крупных кристаллов на 100000 карат
«Кимберли»	17.7	11.3	638
«Де Бирс»	18.7	11.6	620
«Дютойтспен»	20.1	17.1	846
«Бюлтфонтейн»	15.0	0.9	58
«Весселтон»	15.8	2.1	135

Следует отметить, что рудники поля «Кимберли» характеризуются весьма высоким содержанием крупных кристаллов, причем частота встречаемости крупных камней в отдельных рудниках этого поля различается в 20 раз. Значительно реже крупные алмазы встречаются в других районах. В качестве примера можно указать месторождения в штате Минас-Жерайс , Бразилия, где весьма редко встречаются камни массой свыше 7-8 карат. Не случайно здесь во времена рабства существовал обычай отпускать на свободу невольника, нашедшего алмаз более 17.5 карата.

При оценке алмазов массой более 1 карата со второй половины XVII и до конца XIX века использовалось правило Тавернье, согласно которому стоимость алмазов вычислялась как произведение квадрата массы камня в каратах на принятую цену одного карата алмазов данного сорта. При оценке выставленной на продажу партии алмазов расчеты проводились по установленной для данной партии средней цене за карат.

Для очень больших алмазов такой подход приводил к слишком высоким ценам, поэтому на рубеже XIX и XX вв. Было предложено несколько формул, имевших целью приближение расчетных цен на алмазное сырье к рыночным. Наибольшее распространение получила формула:

С=0.5p(p+2)Ц

где С - общая стоимость алмаза; p - масса кристалла в каратах; Ц - цена за один карат.

Стоимость самого крупного в мире алмаза «Куллинан», масса которого до обработки равнялась 3106 каратам оценивается по способу Тавернье в 290 млн. долларов, а по вышеприведенной формуле в 145 млн. долларов. Таким образом, алмаз, масса которого всего 621 грамм, равен по стоимости 188 т чистого золота!

4. Обработка алмазов

Алмазы с редкой и красивой окраской ценятся особенно высоко. Так, Павел  I  купил бриллиант красно-розового цвета массой 10 карат за 100000 рублей. Густо-синий индийский алмаз «Гоппе» массой 44.5 карата является одним из самых ценных бриллиантов в мире.

Благодаря научно-техническому прогрессу во второй половине XX века стало возможным изменять окраску природных алмазов. Бомбардировкой кристаллов алмаза электронами, протонами, нейтронами и последующей термической обработкой удается окрашивать их в желтый, голубой, зеленый, коричневый и дымчатый цвета. Облученные в атомном реакторе  алмазы приобретают зеленый и коричневый цвета, а помещенные в ускоритель элементарных частиц становятся синими или голубыми. В зависимости от характера и интенсивности облучения изменение окраски может происходить только в поверхностном слое или во всем объеме кристалла, она может исчезнуть через короткое, она может исчезнуть через короткое время или сохраняться без изменений годами.

Встречающиеся в природе кристаллы редко имеют форму правильных многогранников. Обычно их грани развиты неравномерно, имеют трещины, штрихи, наросты, нередки посторонние включения. Поэтому в природных кристаллах обычно нет игры света и до изобретения способа огранки и шлифовки алмазов они не имели той цены, которую приобрели впоследствии. В старину наиболее ценились прозрачные октаэдрические кристаллы алмаза с зеркально-гладкими гранями. Такими алмазами по преданию была украшена мантия Людовика Святого.

Еще в древней Индии было замечено, что при трении одного алмаза о другой грани их шлифуются и блеск возрастает. Спустя некоторое время в Индии, а позднее в Италии, Франции и Бельгии стала применяться огранка алмазов «площадкой» или «октаэдром». Для такой простейшей огранки брались природные восьмигранные кристаллы или выкалывались блоки соответствующей формы из алмазных кристаллов другой формы. Огранка заключалась в стачивании противоположных вершинок октаэдра до образования вместо одной из них новой широкой плоской грани, называемой «площадкой», а на месте второй - небольшой притупляющей грани, известной под названием «калетты».

В дальнейшем люди старались обрабатывать алмаз так, чтобы возможно большее количество лучей света, падающих на его грани, претерпевало поверхностное и внутреннее отражение. Для этого камня требовалось придавать форму многогранника с определенной взаимной ориентировкой граней.

Считается, что первым среди европейцев научился шлифовать алмазы Людвиг Беркем. Он заметил, что при трении одного алмаза о другой они полируются. В 1454 году он огранил свой первый алмаз, который впоследствии получил название «Санси». После смерти Беркема секрет шлифовки алмазов был утрачен, но вскоре был найден снова.

Настоящая красота, блеск и феерическая «игра» лучей света у алмазов раскрывается и достигается в результате специальной механической обработки природных прозрачных кристаллов, которые после этого называются бриллиантами. Крупные бриллианты называются солитерами. Обработка заключается в раскалывании или распиливании, последующей обточке и огранке кристаллов со всех сторон для придания им особой формы.

Раскалывание алмазов позволяет при незначительных потерях сырья и небольших затратах труда разделять кристаллы на части для более эффективного их использования, в частности освобождаться от участков кристалла с дефектами и посторонними включениями. Эта операция требует большого мастерства, так как даже при одном неосторожном ударе алмаз может быть превращен в осколки, непригодные для изготовления бриллиантов.

Распиливание необходимо для разделения природных кристаллов на части при переработке их в бриллианты. Оно применялось уже в XVII веке. В те времена для распиливания алмазов использовалась железная проволока, шаржированная алмазным порошком. Процесс распиливания крупных кристаллов длился по многу месяцев и при этом расходовалось большое количество алмазной крошки. Распиливание алмаза «Регент», весившего 410 карат, длилось около двух лет. Позднее, по-видимому в середине XIX века, появились алмазные пилы, существенно не отличающиеся от современных. Как говорит Шафрановский И. И. В своей книге «Алмазы», они представляют собой тонкий (0.1-0.5 мм) быстро вращающийся металлический диск, на который подается суспензия из мелкого алмазного порошка. В XX веке появились установки для резки алмазов ультразвуком, для электроэрозионной, лазерной и электронной резки кристаллов.

Обточка алмазов - одна из самых естественных операций в технологическом цикле изготовления бриллиантов. От нее в значительной мере зависит степень использования сырья и качество готовых камней. Цель обточки состоит в том, чтобы придать заготовке форму будущего бриллианта, подготовить его к огранке и вывести все или хотя бы часть дефектов.

До начала XX века алмазы обтачивались вручную. Вот как описывает этот процесс Епифанов В. И. в своей книге «Технология обработки алмазов в бриллианты»: «...Два алмаза закреплялись в специальных оправках, и обточка проводилась трением их друг о друга. На протяжении многих недель и месяцев человек с большим усилием обтачивал заготовку для будущего бриллианта. Однако таким способом даже при высоком мастерстве и трудолюбии работника обеспечить правильную геометрическую форму заготовки было чрезвычайно сложно».

В начале XX века был изобретен станок для обточки алмазов, в результате чего резко улучшилось качество обработки и возросла производительность труда. Рабочие органы первых станков приводились во вращение с помощью ножных педалей, а в дальнейшем от электродвигателя. Во второй половине XX века существенные изменения претерпевает и внешний вид станков.

Огранка является заключительным процессом обработки алмазов с целью придания им эстетической формы, достижения характерного для этого минерала блеска и «игры света», а также для устранения трещин, выколов и других поверхностных или близповерхностных дефектов. Шлифование заключается в придании поверхности заготовки закономерно расположенных граней определенной формы, полирование обеспечивает получение зеркально-гладкой поверхности на полученных при шлифовке гранях. Огранка по праву считается самым сложным и ответственным процессом при изготовлении бриллиантов. Для успешного осуществления его помимо знаний и опыта требуется еще художественный вкус. Огранка производится с помощью быстро вращающегося чугунного диска, в поверхность которого втирается алмазный порошок, разведенный в репейном или оливковом масле. При этом форма получаемого многогранника в целом и взаимное расположение граней делается с таким расчетом, чтобы большая часть подаваемого света проникала внутрь, но не проходила насквозь, а возвращалась бы обратно.

Алмаз не только очень сильно преломляет и отражает световые лучи, но и обладает еще одним весьма важным оптическим свойством, обусловливающим исключительную красоту этого камня. Так, если для красного света показатель преломления составляет 2.402, то для фиолетовых лучей он достигает 2.465. Разность показателей светопреломления фиолетовых и красных лучей (дисперсия) у алмаза в 5 раз больше, чем у горного хрусталя, и в 2 раза превышает соответствующую характеристику лучших сотов стекол. Благодаря высокой дисперсии у алмазов сильно выражено свойство разложения белого цвета на составляющие его цвета радуги. По этой причине один и тот же камень кажется окрашенным в различные цвета в зависимости от положения источника света и наблюдателя.

Высокие светопреломление и дисперсия создают неповторимую «игру» бриллиантов, выражающуюся в феерическом сочетании блеска верхних граней с яркими световыми вспышками и непрерывными переливами всех цветов радуги внутри камня при медленном его вращении.

Огранка бриллиантов - сложный и весьма трудоемкий процесс. Обработка крупных камней длится месяцами, а уникальных - занимает несколько лет. Получаемые в итоге бриллианты составляют около 1/2, а иногда лишь 1/3 первоначальной массы сырого алмаза. Конечная стоимость камня при этом удваивается или утраивается. Перед огранкой крупных алмазов выполняются специальные расчеты, имеющие целью установит такую форму будущего бриллианта, которая обеспечит наилучшую «игру» и позволит максимально сохранить массу исходного кристалла. Вследствие этого бриллианты не всегда изометричны и могут обладать вытянутой и даже каплевидной формой. 

Бриллианты различаются общей формой камня и характером огранки, выражающимися в изменчивости числа, очертаний и расположения граней.

По форме в плане среди бриллиантов принято выделять следующие главные типы: круглые, фантазийные («маркиз», «груша» и «овал»), прямоугольные («багет») и прямоугольные со срезанными углами («изумруд»). Форма круглых и фантазийных бриллиантов задается при обдирке (обточке), а остальные формы достигаются в процессе огранки.

По характеру огранки бриллиантов различаются три основных вида: собственно бриллиантовая, ступенчатая и огранка розой. У камней с бриллиантовой огранкой грани различных ярусов располагаются в шахматном порядке друг относительно друга. Очертания граней соответствуют ромбу или треугольнику. Площадка ан верхнем конце камня имеет форму правильного многоугольника. Такой вид огранки применяется в основном на бриллиантах круглой и фантазийной форм. Ступенчатая огранка отличается от бриллиантовой тем, что грани соседних ярусов располагаются одна над другой, а очертания их соответствуют трапециям или равнобедренным треугольникам. Площадка на верхней поверхности камня имеет форму многоугольника с острыми или срезанными углами. Этот вид огранки типичен для бриллиантов прямоугольной формы.

Мелкие, а иногда и крупные алмазы нередко гранятся в форме «розы» или «розетки». При этом типе огранки камень имеет плоское основание, а верхняя часть его выпуклая и состоит из 6, 8, 12, 24 или 32 сходящихся в одной вершине граней (рис. 1).

Рисунок 1.

По форме такие бриллианты несколько напоминают бутон розы, чем и объясняется название этого типа огранки. Камни с числом граней 12 и менее называются «розами д'Анвер», а с большим числом граней - «коронованными розами». Иногда применяют огранку двойной розой, при которой верхняя и нижняя части камня огранены розой. У «розеток» игра света значительно слабее, чем у камней, получивших бриллиантовую огранку, и поэтому при одинаковом размере, цвете и чистоте бриллианты, шлифованные «розой» составляют обычно около 20% стоимости алмазов, получивших бриллиантовую огранку.

Огранка «розой» появилась в середине XVII века, а в конце того же века начала применяться бриллиантовая огранка. Последняя непрерывно совершенствовалась вплоть до разработки в первой половине XX века «идеальной» огранки, а во второй половине новых огранок «Хайлайт-Кат»  и «импариант».

Бриллиантовая огранка предельно использует оптические свойства алмаза, обеспечивает предельную игру света и блеска, благодаря чему наилучшим образом раскрывается природная красота минерала.

Для дефектных и цветных алмазов в целях более полного использования сырья допускаются отступления от геометрических параметров идеальной огранки и применение так называемой практической бриллиантовой огранки нескольких видов. Игра таких бриллиантов снижается либо за счет потерь света, либо за счет падения дисперсионного эффекта.

Игра бриллиантов во многом зависит не только от геометрии, но и от числа и размеров граней (фацетов). На крупные бриллианты наносится больше граней, чем на мелкие. Обычные размеры граней - от 0.5 до 3 мм в зависимости от размеров камня. Бриллианты массой до 0.03 карата обычно имеют простую огранку - 17 фацетов. Для хороших алмазов массой 0.03-0.05 карата применяется швейцарская огранка на 33 фацета. Полная огранка на 57 фацетов применяется для бриллиантов массой более 0.05 карата.

В 60-х годах нашего века бельгийский гранильщик М. Вестрайх создал новую форму огранки бриллиантов на 73 фацета, получившую название «Хайлайт-Кат». Эта огранка значительно улучшает «игру» камня при небольшом увеличении расхода сырья и рекомендуется для бриллиантов массой более 1 карата.

Для крупных бриллиантов применяется королевская огранка на 86 фацетов и величественная огранка на 102 фацета.

Любовь к своему делу и глубокая вера гранильщиков алмазов в наличие еще не раскрытой красоты камня побуждают их к новым поискам. Как мы можем узнать из книги Ефремова И. А. «Рассказы о необыкновенном», инженер Максимо-Эльбе заново рассчитал оптику бриллиантов и разработал новый способ огранки «непарного» бриллианта «импарианта». Название происходит от особенностей огранки нового типа. Если обычная огранка строится на симметриях восьмигранника, то при новом способе огранки площадка бриллианта имеет вид 9-, 11-, 13- или 15-гранника. Наиболее эффектны 11-гранники.

Непарная огранка имеет два преимущества перед обычной бриллиантовой. Во-первых, каждый световой луч, падающий внутрь камня отражается и выходит обратно через две наклонные грани, а во-вторых, выходящие из кристалла световые лучи образуют более широкий и приемлемый для глаза спектр, благодаря чему такой бриллиант кажется значительно красивее, чем с обычной огранкой.

По блеску «импариант» на 25-30% превосходит бриллианты с четным числом граней. Повышенный блеск и «игра» визуально улучшают цвет камня, и поэтому желтый «импариант» производит впечатление более белого, чем такой же камень, обработанный обычным способом. Однако если симметричный бриллиант можно гранить ручным способом, то «импариант» нельзя получить без специального оборудования.

К особому типу относятся ступенчатые огранки бриллиантов. Параметры идеальной геометрии для них не рассчитаны, но установлены специальные условия по обеспечению максимальной «игры» света и цветового эффекта камней. Среди бриллиантов ступенчатой огранки различаются несколько разновидностей: багет, трапецеидальный багет, «изумруд» и др. Для всех бриллиантов этого типа характерна форма по рундисту - прямоугольник с острыми или срезанными углами. Высота ярусов уменьшается по направлению от рундиста к калетте и от рундиста к площадке. Ширина площадки составляет 60-70% ширины бриллианта.

В начале 60-х годов появились сообщения о создании принципиально новой формы огранки алмазов, получившей название «принцесса». Разработка ее заняла 13 лет, был изготовлен специальный инструмент и изменены способы обработки алмазов на всех основных операциях - распиливании, обточке и огранке.

Бриллианты «принцесса» имеют форму пластинки с правильно чередующимися канавками на нижней поверхности. Каждая пластинка имеет форму квадрата, прямоугольника, многоугольника и т. д. Верх пластинки шлифуется в виде таблитчатой площадки с небольшим количеством граней, а них ее изрезан серией У-образных канавок, «стенки» которых наклонены под углом 41°к рассекаемой плоскости. Благодаря этому достигается полное внутренне отражение света.

Наивысшую оценку получил бриллиант «Принцесса», имеющий форму сердца. Сверху у него вид в совершенстве отполированных двух полукругов, соприкасающихся в одной точке, и касательных к ним, сходящихся под углом 90° (рис. 2).

Рисунок 2.

.

На нижней поверхности нанесены канавки на расстоянии 0.9 мм друг от друга. При закреплении в ювелирных изделиях бриллианты с огранкой «принцесса» складываются в виде разнообразных орнаментов (рис.3).

Из одного октаэдрического кристалла алмаза путем распиливания можно получить два бриллианта круглой формы или четыре бриллианта формы «принцесса», причем с гораздо меньшими потерями сырья. Новый способ огранки позволяет стандартизировать производство камней любой формы и размеров, рационально использовать алмазы-сырцы различной формы, а также с успехом изготавливать бриллианты из значительной части «отходов», имеющих форму треугольных пластинок, которые получаются при обкалывании крупных кристаллов в процессе первичной обработки.

5. Самые крупные, известные и ценные алмазы

Наиболее крупными, известными и ценными историческими алмазами, принадлежащими нашей стране, являются «Орлов» и «Шах».

История первого из этих камней - алмаза «Орлов» - началась в Индии. Здесь в начале XVII века в Голконде был найден один из крупнейших в стране алмазов. Он представлял собой природный осколок крупного кристалла, масса которого оценивалась примерно в 400 карат. В таком виде камень попал к внуку Акбара, принадлежащему к 10-му поколению Тимура. Этот представитель династии Великих Монголов называл себя Джехан-шахом - властителем мира. Он был большим любителем, знатоком и собирателем драгоценных камней и даже сам иногда занимался их обработкой. По его приказу алмаз был передан в огранку. Гранильщик стремился максимально сохранить массу алмаза и поэтому в основном лишь подшлифовывал  природные грани и сколы камня, чем и вызвана внешняя не совсем правильная форма бриллианта. Несмотря на старания гранильщика, алмаз в процессе обработки потерял примерно половину своей массы и в ограненном виде весит 194.8 карата. Согласно преданию, Джехан-шах не только не заплатил мастеру за работу, но даже велел отобрать у него все сбережения в качестве компенсации за якобы испорченный камень. В середине XVII века престол Джехан-шаха захватил его сын, который заточил отца в темницу.

В 1665 году новый правитель Ауренг-Зеб, демонстрируя свои богатства известному путешественнику и знатоку драгоценных камней Ж. Тавернье, разрешил ему взвесить и описать главнейшие камни. Среди них был «Орлов». В 1666 году Ауренг-Зеб завладел другим крупным алмазом, ограненным в форме индийской розы, который весил 186 карат и был прекрасной парой «Орлову». Существует предание, что оба эти камня во второй половине XVII века были вставлены в глаза индийского идола в Серингане, откуда их в начале XVIII века выкрал французский солдат. Затем алмазы попали к шаху Надиру и были вставлены в его трон, причем «Орлову» было присвоено название «Дерианур» (море света), а второму камню - «Коинур» (гора света). Дальнейшая судьба камней оказалась различной.

  «Орлов» после смерти шаха Надира бал вторично выкраден и несколько раз переходил из рук в руки, пока не попал к Григорию Сафрасу, который в 1767 году положил бриллиант в Амстердамский банк. В 1772 году он продал камень племяннику своей жены, придворному ювелиру Ивану Лазареву, а тот в 1773 году перепродал алмаз графу Орлову за 400000 рублей. Орлов подарил алмаз Екатерине II в день ее именин 24 ноября 1773 года. С этого времени «Дерианур» под названием «Орлов» украшал навершие скипетра русских царей. Скипетр, в который вставлен этот бриллиант, стоил по оценке 1865 года 2399410 рублей серебром.   «Орлов» представляет собой прекрасный бриллиант чистейшей воды слабого синевато-зеленоватого оттенка. Размеры его 22ґ32ґ35 мм, масса 194.8 карата. Камень со всех сторон покрыт многочисленными трех- и четырехугольными фацетами, очень хорошей и чистой огранки индийской работы. Высказывавшиеся некоторыми учеными предположения о том, что «Орлов» и «Коинур» являются обломками одного крупного кристалла, ошибочны, потому что эти алмазы существенно различаются по окраске: «Коинур» имеет сероватый надцвет с небольшой мутью.

Второй наш знаменитый алмаз также имеет свою интересную историю. «Шах» является почти не обработанным крупным камнем, который представляет собой сильно вытянутый природный кристалл-октаэдр, напоминающий по общей конфигурации скошенную ромбическую призму. Часть граней сохранилась в естественном виде. На трех пришлифованных поверхностях видны прекрасно выгравированные надписи на персидском языке. На более тонком конце камня имеется исключительная по чистоте исполнения круговая борозда глубиной около 0.5 мм. Алмаз отличается безукоризненной прозрачностью (чистотой) и имеет цвет воды с желтовато-бурым оттенком. Масса его 88.7 карата. 30 января 1829 года в ходе вспыхнувших в Тегеране беспорядков , организованных националистами, был убит русский посол А.С. Грибоедов. Убийство дипломата великой державы грозило серьезными осложнениями , и поэтому для разрешения конфликта в Петербург был направлен сын Аббаса-Мирзы принц Хосрев-Мирза. Он передал русскому правительству одну из величайших драгоценностей персидского двора - алмаз «Шах», который явился своего рода выкупом за Грибоедова.

Крупнейшим в мире алмазом является «Куллинан», названный так по имени одного из владельцев южноафриканского рудника «Премьер». Найденный в январе 1905 года, камень весил 3106 карат, достигал размеров кулака (5ґ6.5ґ10 см) и являлся лишь обломком очень крупного октаэдрического кристалла. Правительство Трансвааля, бывшего с 1902 года колонией Англии, преподнесло этот алмаз английскому королю Эдуарду VII в день его рождения в 1907 году. Обработка алмаза была доверена лучшему гранильщику Европы Иозефу Асскеру.  Он умел, как говорят шлифовальщики, «открыть» камень. Для этого требовалось найти на поверхности алмаза точку, пришлифовав которую можно заглянуть внутрь и определить направление одного единственного удара, позволяющего расчленить камень по уже имеющимся трещинам и освободиться от посторонних включений в нем. В «Куллинане» имелись трещины , т поэтому из него нельзя было изготовить один гигантский бриллиант. Несколько месяцев изучал Иозеф Асскер уникальный алмаз, прежде чем сделал на нем еле заметную царапину. После этого в присутствии нескольких знаменитых ювелиров, среди торжественной тишины Асскер приставил к царапине стамеску, ударил по ней молотком и... потерял сознание. Но расчет оказался правильным. Придя в сознание, Асскер еще несколько раз повторил эту операцию на возникших от первого удара осколках, получив в итоге 2 очень крупных монолитных блока, 7 средних и около сотни мелких кусочков чистейшей воды голубовато-белого цвета. Еще два года ушло на их огранку. В 1912 году, когда все было готово, в Париже по этому поводу был дан грандиозный банкет.