Алмазы в железе

Парч и Хайдингер в 1846 году обнаружили небольшие кристаллы графиты в метеоритном железе из Венгрии. В 1882 году в том же метеорите А. Брезина нашел небольшие алмазы. Русские ученые М.В. Ерофеев и П.А. Лачинов в метеорите “Новый Урей”, упавшем 4 сентября 1886 года, увидели также мельчайшие кристаллики алмаза. Рентгеновское просвечивание метеорита, упавшего в Индии в 1872 году, позволило обнаружить алмаз внутри “небесного камня”.

Всего пять раз за всю историю “пришельцев из космоса” в них были обнаружены алмазы общим содержанием около 315 карат. Одни кристаллы наблюдались невооруженным глазом, другие различались только в микроскопе.

Советские ученые академик А.В. Виноградов и Г.П. Вдовыкин выдвинули гипотезу о двух вариантах происхождения метеоритных алмазов: в каменных метеоритах — при соударении астероидов в космосе, а в железных — при ударе метеорита о землю.

Известный французский химик Муассан, получив сведения о метеорите “Новый Урей”, выписал из России часть его. Проведенный анализ подтверждал присутствие в нем кристалликов алмаза. Это навело его на мысль, что образование алмаза из угля может происходить при очень быстром охлаждении и при высоком давлении. В 1890 году он приступил к опытам по синтезу искусственных алмазов. Муассан решил использовать свойство чугуна при затвердевании расширяться. Расплавленный в дуговой печи чугун он насыщал углеродом, затем резко охлаждал его водой. Корка застывшего металла препятствовала расширению чугуна при отвердевании — внутри получалось огромное давление. Растворив чугун в кислоте, Муассан якобы обнаружил мелкие твердые кристаллики — искусственные алмазы. Однако его опыты никому повторить не удалось.

На объединенном заседании химического отделения и металлографической комиссии Русского технического общества 15 марта 1907 года Д.К. Чернов сделал сообщение “О кристалликах алмаза и карборунда в стали”.

Еще в первые годы своей работы на Обуховском заводе Д.К. Чернов исследовал при помощи микроскопа изломы литых стальных болванок. Тогда же он обнаружил у стенок внутренних усадочных пустот очень твердые неметаллические включения характерного кристаллического строения в форме шестиугольных тонких пластинок. Он отправил их французскому металловеду Осмонду с просьбой произвести тщательный химический анализ. В 1902 году Осмонд дал заключение, что это кристаллики карборунда.

Швейцарский ученый Франк, обнаруживший подобные включения много лет спустя после Чернова, принял их за выделения алмаза, очевидно, по аналогии с крупинками искусственных алмазов, полученных Муассаном при мгновенном затвердевании чугуна. В 1895 году Франк и Россель заявили, что как метеоритное железо, так и искусственно полученное железо и сталь содержат маленькие алмазы.

Открытие Черновым кристалликов карборунда в стальной болванке явилось весьма важным фактором для выявления взаимоотношения между углеродом и прочими компонентами стали. Работа Чернова доказывала отсутствие выделений углерода в стали в виде алмазов.

Английский металлург Норберн в опубликованной в 1939 году схеме затвердевания железоуглеродистых сплавов вновь подтвердил невозможность существования в закристаллизовавшейся стали свободного углерода в форме алмаза. Он доказал, что карбид железа, не находящийся в твердом растворе, то есть в форме свободного углерода, легко разлагается с образованием графита.

В наше время синтетические алмазы получают иначе. Еще в 1939 году ленинградский физико-химик О.И. Лейпунский выяснил, что для превращения графита в алмаз в твердой фазе необходимы давление около 6000 МПа и температура 1700–1800°С. Он указал также на возможное образование алмаза и при несколько меньших давлениях, если использовать вещество с относительно невысокой температурой плавления и достаточной растворимостью углерода. В качестве одного из таких веществ называлось железо.

Теперь из графита в условиях высоких давлений и температур в мире ежегодно получают несколько миллионов карат синтетических алмазов. Новый материал используется для изготовления абразивного инструмента, а также в виде паст и порошков для доводочных и притирочных работ.

Используют алмазы и в металле. Если на зерна алмазного порошка нанесено карбидометаллическое покрытие, они приобретают повышенную прочность. Спаянные в агрегаты зерна благодаря ветвистому строению надежно удерживаются в связке шлифующего инструмента, сообщая ему высокую стойкость и работоспособность. Металлизованные агрегированные алмазные порошки используются для получения шлифовальных кругов на органической связке.