БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (АЛ)

Благодаря особенностям кристаллической структуры (все 4 валентных электрона атомов С прочно связаны) идеальный кристалл А. (без примесей и дефектов решётки) должен быть прозрачным для видимого света диэлектриком. В реальных же кристаллах всегда имеется некоторое количество примесей и дефектов решётки, различное для разных образцов (см. Дефекты в кристаллах ) . Даже в наиболее чистых ювелирных А. содержание примесей достигает 10 18атомов на 1 см 3. Наиболее распространены примеси Si, Al, Ca и Mg. Распределение примесей в А. может быть неравномерным, например на периферии их больше, чем в центре. Сильные связи между атомами С в структуре А. приводят к тому, что любое несовершенство кристаллической решётки А. оказывает глубокое воздействие на его физические свойства. Этим объясняются, в частности, расхождения данных разных исследователей. При общем описании свойств А. исходят из того, что максимальное содержание примесей составляет 5%, причём количество одной примесной компоненты не превосходит 2%.

В А. также встречаются твёрдые (оливин, пироксен, гранаты, хромшпинелиды, графит, кварц, окислы железа и т. п.), жидкие (вода, углекислота) и газообразные (азот и др.) включения.

Плотность А. у различных минералогических образцов колеблется в пределах от 3470 до 3560 кг/м 3 (у карбонадо от 3010 до 3470 кг/м 3 ) . Вычисленная плотность А. (по рентгенограммам) ~3511 кг/м 3. А. — эталон твёрдости Мооса шкалы с числом твёрдости 10 (корунд — 9, кварц — 7, кальцит — 3). Микротвёрдость А., измеряемая вдавливанием алмазной пирамидки, составляет от 60—70 до 150 Гн/м 2 [или от (6—7)´10 3 до 15—10 кгс/мм 2] в зависимости от способа испытания (по Хрущеву и Берковичу ~10 4 кгс /мм 2; корунд ~2´10 3, кварц ~1,1´10 3, кальцит ~1,1´10 2 кгс/мм 2 ) . Твёрдость А. на различных кристаллографических гранях не одинакова — наиболее твёрдой является октаэдрическая грань [(111) — см. Миллеровские индексы ) . А. очень хрупок, обладает весьма совершенной спайностью по грани (111). Анизотропия механических свойств учитывается при обработке монокристаллов А. и их ориентировке в однокристальном инструменте. Модуль Юнга — модуль нормальной упругости Л. 1000 Гн/м 2 (~10 13 дин[см 2 ) , модуль объёмного сжатия 600 Гн/м 2 (~6´10 12 дин/см 2 ) . Тепловой коэффициент линейного расширения возрастает с температурой от 0,6´10 -5°С -1в интервале 53—303 К до 5,7´10 -6в интервале 1100—1700 К. Коэффициент теплопроводности уменьшается с увеличением температуры в интервале 100—400 К от 6 до 0,8 кдж/м ×К (от ~14 до~2 кал/сек × см × С ) . При комнатной температуре теплопроводность А. выше, чем у серебра, а мольная теплоёмкость равна 5,65 кдж/С кмоль × К . А. диамагнитен (см. Диамагнетизм ) , магнитная восприимчивость на единицу массы равна 0,49´10 -6единиц СГС при 18° С.

Цвет и прозрачность А. различны. Встречаются А. бесцветные, белые, голубые, зелёные, желтоватые, коричневые, красноватые (разных оттенков), тёмно-серые (до чёрного). Часто окраска распределена неравномерно. А. изменяет окраску при бомбардировке а-частицами, протонами, нейтронами и дейтронами.

Показатель преломления А. равен 2,417 (для длины волны l = 0,5893 мкм ) и возрастает с температурой, дисперсия 0,063. Угол полного отражения равен 24°24'. Некоторые образцы А. обладают оптической анизотропией, например двойным лучепреломлением, обусловленным внутренними упругими напряжениями, связанными с неоднородностями строения кристалла. В большинстве А. наблюдается люминесценция (в зелёной и синей частях спектра) под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучений, электронов, ot-частиц и нейтронов. Облучение А. нейтронами не сообщает ему стойкой радиоактивности, уменьшает плотность А., «разрыхляет» решётку (см. Радиационные эффекты в твёрдом теле ) и вследствие этого ухудшает его абразивные качества. Большинство А. избирательно поглощает электромагнитное излучение в инфракрасной области спектра (l ~ 8—10 мкм ) и в ультрафиолетовой (ниже 0,3 мкм ) . Их называют А. 1-го типа. Значительно реже встречаются А. 2-го типа (обнаруженные впервые в 1933), не имеющие линий поглощения в области 8—10 мкм и прозрачные до ~ 0,22 мкм. Встречаются А. со смешанными признаками, а также обладающие в одних частях кристалла признаками 1-го типа, а в других — 2-го. Основные спектроскопические характеристики кристаллов хорошо коррелируются с количеством азота, содержащегося в решётке А., и, по-видимому, стойкими различиями кристаллического строения.

Предложено подразделение А. 2-го типа на 2а и2б, различающиеся электрическими свойствами. Удельное электрическое сопротивление А. 1-го типа r ~10 12—10 14 ом × м, типа 2а — r ~10 12 ом × м. А., принадлежащие к типу 2б, имеют r ~0,5—10 ом × м, они являются примесными полупроводниками р-типа, обладают фотопроводимостью и при нагревании обнаруживают линии поглощения на длинах волн l > 6 мкм (они крайне редки, открыты только в 1952). Встречаются кристаллы А. с исключительно малым сопротивлением r ~ 10 -2, которые могут пропускать большие токи. Среди неполупроводниковых А. 2-го типа иногда встречаются кристаллы, электропроводность которых резко возрастает при облучении a-частицами, электронами и g-лучами. Глубина проникновения a-частиц в А. не более 10 мкм, электронов (с энергией ~1 Мэв ) — 1 мм. Такие А. могут использоваться в кристаллических счётчиках. К достоинствам алмазных счетчиков относится способность работать при комнатной температуре, длительно работать в непрерывном режиме, выделять узкие пучки радиации. Их можно стерилизовать, что очень важно, например, для биологических исследований.

А. стоек к действию кислот и растворов щелочей (даже кипящих), растворяется в расплавах селитры (азотнокислого натрия или калия) и соды (t ~500°С). На воздухе А. сгорает при 850—1000°С, в кислороде — при 720—800°С. В вакууме или в инертном газе при 1400°С начинается заметная поверхностная графитизация А. При повышении температуры этот процесс ускоряется, и в области 2000 °С полное превращение происходит за 15—30 мин. При импульсном нагреве (за несколько мсек ) кристаллы А. сохраняются при 3400°С, но превращаются в графит при 3600°С и выше. Эти предельные для А. температуры отмечены на рис. 2 (граница между областями 5 и 3).

Месторождения и добыча. А. известен человечеству за много веков до н. э. Впервые А. начали добывать в Индии, в 6—10 вв. — на острове Борнео, в 1725 — в Бразилии. С 70-х гг. 19 в. центр добычи А. из Азии и Южной Америки переместился в Африку (сначала в Южную Африку, затем в Центральную, Западную и Восточную Африку).

А. добываются из коренных и россыпных месторождений. Единственной промышленный коренной породой А. являются кимберлиты, встречающиеся преимущественно на древних щитах и платформах. Кимберлиты чаще всего представлены трубообразными телами различного размера, дайками, жилами, реже силлами. На глубине нескольких сотен метров от поверхности Земли трубки могут переходить в маломощные жилы и дайки. Наибольший промышленный интерес имеют трубки размером до 1525´1068 м (трубка «Мвадуи» в Танзании), реже разрабатываются дайки и жилы. На всех платформах известно свыше 1500 кимберлитовых тел, но промышленному содержание А. имеют из них лишь единицы (в зарубежных странах — трубки «Премьер», «Де Бирс», «Бюлтфонтейн», «Дю-тойтспен», «Весселтон», «Кимберли», «Ягерсфонтейн» и «Финш» в ЮАР, «Мвадуи» в Танзании, «Маджгаван» в Индии; дайки и жилы Мали, «Бельсбенк», «Щвартругген» в ЮАР, «Коиду» в Сьерра-Леоне, дайка на р. Бу — Берег Слоновой Кости и др.). В кимберлитах А. распределены весьма неравномерно. Они встречаются одиночными кристаллами и реже их сростками; характерно, что нигде не образуют крупных скоплений.