مهندسی مواد
به سایت مهندسی مواد خوش آمدید.... مدیر سایت: بهزاد آبشت

تبلیغات

آخرین ارسال های تالار گفتمان


هیچ ارسال جدیدی برای تالار گفتمان وجود ندارد .
13 بهمن 1389 21:52 | نویسنده : abasht

سختی :10 (در سیستم موهس)

سیستم بلوری : مکعبی

رخ : چهار سطح[1]، رخ خوب

ضریب شکست :42 /2

پراکنش : 0/0044

چهار فاکتوری که بر ارزش یک الماس طبیعی/ تزیینی تاثیر می گذارد عبارت است از : رنگ، وضوح، برش و وزن آن به قیراط است. همچنین مقدار رنگ زرد در الماس چرا که این رنگ از ارزش آن می کاهد.

 

احتمالاً الماس برای اولین بار به عنوان وسیله تراش جواهر به کار می رفته است و سختی زیاد آن ، استفاده از آن را برای این هدف مؤثر کرده است . یونانیان باستان فکر می کردند که تنها راه شکستن الماس فرو کردن آن در خون بز است و بعد از آن به راحتی شکسته می شود و نزدیک کردن الماس به کانی لوداستون (مگنتیت دارای خاصیت مغناطیسی) اثر آنرا از بین می برد. تا قرن 18 فکر می شد که الماس زهر دارد، خاصیتی که کسانی که صاحب الماس بودند از آن راضی بودند زیرا افسانه زهری بودن الماس یکی از راه های مهم سرقت الماس را منتفی می کرد . بلع الماس و دفع آن نیز بعد از چند روز شایع بود . در ضمن فکر می شد که پودر الماس دارای زهر مهلکی باشد اما احتمالاً به آن آرسنیک می افزودند و کشندگی آن به خاطر آرسنیک بود. الماس به شکل وسیعی برای حفاظت از بشر ، به عنوان طلسم تصور می شد و الماس درخشندگی و خیره کنندگی و با زتاب شدید نور داشت . همچنین در مبارزات طلسم شکست ناپذیری بود . در شرق گاهی به عنوان چشم سوم بت از آن استفاده می شد. با ظهور روشهای جدید علمی ، در قرن19 تحلیل کانی ها آسانتر شد و بسیاری از خرافات در مورد جواهرات از نزدیک مورد آزمایش قرار گرفت و رد شد.

الماس طبیعی در عمقی بین 100-200کیلومتر زیر سطح زمین تشکیل می شود. در این اعماق درجه حرارت در حدود 900-1300 درجه سانتی گراد و فشار بین 45- 60 کیلو بار است. الماس ها طی فرایند های آتشفشانی به سطح زمین آورده می شوند.

50 کیلوبار = 150 کیلومتر زیر سطح زمین

60 کیلو بار = 200 کیلومتر زیر سطح زمین

در مقیاس موهس الماس سخت ترین و گرافیک نرمترین مواد بر روی زمین هستند با آنکه اتمهای تشکیل دهنده هر دو کربن است. این تفاوت ناشی از آن است که در الماس اتمهای کربن در یک شبکه سه بعدی به یکدیگرمتصل هستند در حالی که در گرافیک ورقه هایی هستند که با پیوند های سست به یکدیگر متصل اند. برای به دست آوردن تنها 5 گرم الماس می باید به میزان 1000 کیلو گرم استخراج معدن داشته باشیدکه تنها 20 درصد آن کیفیت لازم جواهری را دارد و مابقی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد(که این نوع الماس به عنوان خرده الماس تراش دار یا نوعی الماس کدر (ریزتر) شناخته شده می باشد)

الماس مصنوعی [1] که به نامهای الماس آزمایشگاهی، ساختگی[2] نیز شناخته می شود توصیف کننده کریستالهای الماس است که با استفاده از تکنولوژی امکان تهیه این ماده ایجاد شده است، در مقابل الماس طبیعی که با کمک فرآیندهای در اعماق زمین ساخته شده است. لازم به تذکر است که این ماده از الماس کربن مانند [3] یا به اختصار  DLC مجزا و متفاوت می باشد. DLC همان کربن آمورف با سختی بالا بوده که به نام الماس بدلی هم شناخته می شود. DLC با استفاده از کاربید سیلیسیم یا زیرکونیای مکعبی تولید می شود.

خواص الماس مصنوعی به پروسه ساخت  و تولید آن بستگی دارد و در مقایسه می تواند خواص نامرغوب تر، شبیه و حتی برتر از الماس طبیعی داشته باشد. الماس در بسیاری از کاربردها ی مهندسی استفاده داشته و به عبارتی یک فن آوری برتر در عرصه هایی از قبیل الکترونیک، مکانیک و پزشکی دارد.

 

تاریخچه

فکر تولید الماسی با قیمت کمتر و با کیفیت تزیینی ایده جدیدی نیست. H. G. Wells در 1911 در داستان کوتاهی با عنوان "The Diamond Maker,"  این نظریه را مطرح کرد. هرچند که وی در این کتاب این طور بیان کرد که زمانی که به این تکنولوژی تبدیل گرافیت به الماس برسیم احتمالاً قیمت الماس پایین تر از قیمت یک آجر می رسد. از سال 1797 میلادی تلاشهای زیادی برای اعمال فرآیندی جهت تغییر گرافیت آغاز گردید، در حالیکه عموماً این تلاشها سرانجامی نداشت.

اولین گزارش و ادعای موفق در این زمینه به Ferdinand Frédéric Henri Moissan در 1893 بر می گردد. سپس افراد گوناگونی طی سالیان بعد قصد تکرار آزمایشات Moissan را داشتند. در 1909سر ویلیام کوکس Sir William Crookes ادعای دستیابی به الماس را نمود. در 1917 فردی به نام Ruff مدعی شد که الماسهایی با قطر بیش از 7 میلیمتر تولید کرده است، هرچند که بعد از مدتی حرف خود را پس گرفت. در 1926 دکتر Willard Hershey از دانشگاه McPherson College مقاله ای در رابطه با آزمایشات Moissan's  و  Ruff'sرا درمورد تولید الماس مصنوعی خواند، الماسی هم اینک در موزه ای در ایالت کانزانس نگه داری می شود. همچنین باید در اینجا خاطر نشان نمود که در آن زمان با وسایل موجود رسیدن به فشار و دمای بالا با مشکلات بسیاری توام بوده است.

موفق ترین و یا به عبارتی آزمایش تکرار پذیری توسط Sir Charles Algernon Parsons صورت گرفت. وی 30 سال از عمر و مقدار زیادی از سرمایه اش را بر روی تولید الماس سنتزی گذاشت. وی همچنین مقالات زیادی در این مورد به چاپ رساند. یکی از اولین مقالاتش با عنوان high-pressure/high-temperature (HP HT) diamonds بود که در آن وی ادعای تولید قطعات کوچکی را نمود. همچنین وی ادعا نمود که قبل از کارهای صورت گرفته در مورد تولید الماس با شبه زیادی روبرو است.

در 1941 میلادی توافقی مابین شرکت های جنرال اکتریک، نورتون و کربوراندوم مبنی بر تولید الماس صورت گرفت. آنها توانستند که کربن را به دمای حدود 3000 °C (5432 °F) تحت فشاری در حدود 500 هزار psi رساندند. هرچند که شروع جنگ دوم جهانی منجر به توقف زود هنگام این پروژه گردید اما بعد از اتمام جنگ در 1951پروژه فوق الذکر مجدداً شروع گردید. پروژه بر مبنای اعمال فشار توسط سندان[4] که توسط Percy Bridgman[5] ابداع شد انجام گرفت. تیم GE از سندان کاربید تنگستن و با اعمال فشار هیدرولیک مقداری الماس استحصال شد. هر چند که باز هم تولید دوباره مقدور نگردید. اما در نهایت فردی به نام Hall موفق به دستیابی به الماس مصنوعی به صورت تجاری در 1954 گردید.  

 

خواص الماس

کربن عنصری شیمیائی در جدول تناوبی است، با نشان C و عدد اتمی ۶. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهارظرفیتی. الماس در بین جامدات در دمای 25 درجه بالاترین هدایت گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)

الماس ماده ی نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری مادون قرمز تا ماورای بنفش را دارا است.

شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.

خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد.  شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.

در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.

سخت‌ترین ماده ی  شناخته شده است.

استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.

کریستالیتی

اغلب در کاربردهای تزیینی از الماس تک کریستال و در مقابل در کاربردهای صنعتی از نوع پلی کریستال استفاده می شود. در نوع پلی کریستالی ، اندازه کریستال می تواند در حدود چند صد میکرومتر یا نانو متر با شد.

سختی

میزان سختی الماس بستگی زیادی به کریستالیتی و میزان ناخالص آن بر می گردد. به عنوان مثال الماس پلی کریستال با سایز کریستالی در حدود نانو که با روش CVD تولید شده است دارای سختی در حدود 30 الی 75 درصد سختی الماس تک کریستالی را دارد. همچنین در مقابل بعضی از الماسهای تولید شده با روش CVD که تک کریستال نیز می باشند دارای سختی حتی بالاتر از نوع طبیعی خود نیز می باشند.

ناخالصی

هیچ کریستال یا ماده ای دارای خلوص کاملاً 100 درصد نمی باشد. در ساختار الماس هر عنصری به غیر از کربن به عنوان ناخالصی در نظر گرفته می شود. الماس چه به صورت سنتزی و چه به صورت طبیعی هرگز به شکل کاملاً خالص نیست. این ناخالصی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

ناخالصی‌های شبکه : این نوع ناخالصی‌ها در شبکه ی الماس به جای یکی از اتم‌های کربن قرار می‌گیرند و با اتم‌های مجاور تشکیل شیوند می‌دهند.

آخال : این ناخالصی‌ها ذرات مجزایی هستند که شبکه را برهم زده و بخشی از آن نمی‌شوند. این ناخالصی‌ها معمولاً سیلیکات‌های آلومینیوم، سیلیکات‌های منیزیم و یا سیلیکات‌های کلسیم هستند.

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد. البته این نکته را باید مد نظر قرار داد که وجود ناخالصی همیشه اثر نامطلوب نداشته و گاهی اوقات به خاطر نوع کاربرد مقداری ناخالصی افزوده می شود. به عنوان مثال الماس کاملاً خالص یک عایق الکتریکی در دمای محیط بوده در حالیکه افزودن مقادیر کمی از عنصر بر (برون) به الماس قابلیت هدایت الکتریکی را می دهد. دو ناخالصی مهم در الماس نیتروژن و بور هستند. این دو عنصر همسایه‌های کربن در جدول تناوبی بوده و به علت داشتن شعاع اتمی کوچک و متناسب، به خوبی در شبکه ی کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

 

طریقه شناسایی الماس با نوع طبیعی

وقتی کاربرد زینتی الماس مد نظر باشد تمایز بین این دو مهم می شود. طریقه شناسایی هم به آشکار شدن مقادیر جزیی ناخالصی نیکل و یا سایر فلزات که در روش HP HT استفاده شده است و یا هیدروژن که از پروسه ساخت LP CVD استفاده شده است، است. در واقع الماسهاى زینتى مصنوعى بخش کوچک و در عین حال پر سودى از صنعت الماس را تشکیل مى‌دهند. این الماسهاى رنگى که در مقایسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى تولید مى‌شوند. در واقع این الماسها مى‌توانند چنان کیفیت بالایى داشته باشند که حتى ماشینهاى ساخته شده براى تشخیص سنگهاى مصنوعى از طبیعى در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگ‌ترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر مى‌آیند. شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبیعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخیص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبیعى دست به دامن آزمایشگاههاى الماس بلژیک و دیگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگى قیراط ، رنگ و شفافیت هستند.


[1] Synthetic diamond

در ادامه جهت اختصار در کلام از تکرار واژه مصنوعی اجتناب گردیده و منظور از الماس همان الماس مصنوعی می باشد، در مقابل از واژه الماس طبیعی به طور کامل برای تمایز استفاده می شود.

[2] lab-created, manufactured, lab-grown or cultured diamond

[3] diamond-like carbon, DLC, diamond stimulants

الماس بدلی موسیانیت (کاربید سیلیسیم یا کربوراندم) در سال 1998 وارد بازار جواهرات شد، این الماس بدست کمپانی C3 و Cree Research ساخته می شود.

[4] anvil

[5]  برنده جایزه نوبل در سال 1946



لینک ثابت

موضوع : بدون موضوع / بدون موضوع




نظرات برای این مطلب

هیچ نظری برای این مطلب وجود ندارد ! اولین نفر باشید ...

ارسال نظر

برای افزایش امنیت لطفا کدی را که در تصویر زیر می بینید در کادر وارد کنید :
CAPTCHA Image   Reload Image
Enter Code*: