معدن یعنی زندگی

الماس (Diamond)

وجه تسمیه: diamondیعنی نشکن وشکست ناپذیر

سيستم تبلور:  ساختار الماس درحالت پایدار(كوبيك )- ساختارالماس درحالت ناپایدار(منشوری) که درطبیعت به شکل کانی لونسدالنیت یافت می شود.
فرمول شيميايي:كربن خالص
سختي :10
وزن مخصوص: 5/3
ميزان شفافيت : شفاف – غیرشفاف
رنگ : بي‌رنگ، زرد، قهوه‌اي، گاهي سبز، آبي، قرمزگونه

شکستگی : صدفی

ژیزمان: تقریباََ کمیاب ; در سنگهای اولترابازیک (کیمبرلیت ها) که به آبرفتها راه می یابد و همچنین در متئوریتها ممکن است یافت شود.

 ژیزمان بزرگ آن در آفریقای جنوبی در اطراف کیمبرلی Kimberley می باشد.

در هند )در فلات دکن) نیز الماس استخراج می گردد.

 در سواحل نامیبیا، آنگولا، زئیر، سیرالئون ، غنا، برنئو، امریکا، برزیل، روسیه و استرالیا نیز یافت شده است.

خواص شیمیایی: دراسیدها وبازها نامحلول است.

پاراژنز: طلا -  مگنتیت- روتیل- اولیوین - پیروپ- زیرکن و غیره 

الماس یکی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپ‌های کربن است که در فشارهای بالا پایدار است
 که با رنگهای (بي‌رنگ، زرد، قهوه‌اي، گاهي سبز، آبي، قرمزگون ) دیده می شود.

 آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد.

 خواص متمایز الماس:

1) دارای بالاترین هدایت گرمایی دربین جامدات (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)

2) دارای توانایی انتقال طیف نوری مادون قرمز تا ماورای بنفش

3) دارای شاخص بازتابش بسیار بالا( ميزان ضريب شكست نور : 2/419 ـ 2/417)

4) دارای خواص نیمه‌رسانایی قابل توجه( شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است)

4) شدیدامقاوم برابر تابش نوترونی

5) سخت‌ترین مادهٔ شناخته شده( سختي : 10 معادل 140 برابر کروندم)

6) در مجاورت هوا روانی طبیعی فوق‌العاده‌ای دارد (مانند تفلون)

7) دارای استحکام و صلبیت بسیار بالا

8) پديده چند رنگي : ندارد

9)کاملا انحلال ناپذیر دراسیدهایا قلیاها

نکته : خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته است.

انواع ناخالصی‌ها درالماس:

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:

1) ناخالصی‌های شبکه

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

2) 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.

3) 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 شبکهٔ کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد.

الماس مصنوعی

این نوع الماس برای نخستین بار توسط گروهی از دانشمندان سوئدی در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتریک در سال 1954 برای اولین مرتبه با استفاده از گرافیت در فشار 50 تا 60 کیلو بار و دمای 1500 درجه سانتیگراد توانست الماس مصنوعی بسازد.
در روش جدید که توسط ژاپنیها ابداع گردیده ، بخار کربن بر روی یک صفحه سرد جمع می‌شود، ابتدا CH₄ و H₂ در میکروویو در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد حرارت داده می‌شود و بخار کربن بر روی یک صفحه سرد متمرکز می‌شود.

تشخیص الماسهای مصنوعی

آزمایشگاه آنتورپ و چند تایى دیگر در سراسر جهان براى تشخیص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طیفى نور جذب یا ساطع شده تجزیه و تحلیل مى‌شود. اگر نشانه‌هایى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمایشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گیرد که این دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کریستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. این دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقیاس میکروسکوپى یا اتمى نیز بررسى مى‌کنند.

در واقع الماسها نیز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهایى که در آزمایشگاه تولید یا براى تغییر رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراین با اینکه آزمایشگاهها با استفاده از این دستگاهها قادر به تشخیص الماسهاى مصنوعى از طبیعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جایى است که افراد بدون این دستگاهها توانایى تشخیص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.

تولید الماس مصنوعی:

1)     فرایند فشاربالا-دمابالا(HPHT)

2)     فرایندرسوب گیری بخارشیمیایی(CVD)

فرایند فشاربالا HPHTاساسا تقلیدی است از فرایند طبیعی شکل گیری درواقع  CVDبجای واردکردن فشاربه کربن برای تولید الماس با آزادگذاشتن اتمهای کربن به آنها اجازه می دهد با ملحق شدن به یکدیگربه شکل الماس درآیند.

الماس بطور طبیعى تحت فشارهاى زیاد اعماق زمین و در زمانى طولانى شکل مى‌گیرد. اما در آزمایشگاه مى‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانى بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدى است از فرآیند طبیعى شکل گیرى الماس در حالى که فرآیند رسوب گیرى بخار شیمیایى (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند.

این دو تکنیک براى اولین بار در دهه 1950 کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتى خیره کننده الماسهایى با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژیهاى الکترونیکى مناسب‌ترین خواهد بود.

فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان مى‌یابند. در ادامه پلاسماى تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهاى هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD ، فرآیندى خطى است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگى ذره ابتدایى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته دیوید هلیر (D. Hellier) ، رئیس بخش بازاریابى کمپانى ژمسیس ، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه یک ماشین لباسشویى ، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولى از گرانیت و کاتالیزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌اى این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعى ، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد مى‌کند.»

گر چه جنرال الکتریک در تولید الماسها به این روش پیشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنیک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانى ژمسیس با ساده سازى این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایى با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قیمتى به فروش نرسیده بودند.

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.

 شما هم الماس بسازيد 

الماسهای مصنوعی ابر سخت ، یک روزه و تقریبا از هوایی رقیق ساخته می‌شوند. راسل هملی ، سرپرست گروهی در موسسه کارنگی در واشنگتن دی سی که این الماسها را ساخته‌اند، می‌گوید: (بر اساس دانسته‌هایمان ، اینها سخت‌ترین بلورهای الماس هستند که ساخت آنها گزارش شده است)
آزمایشها نشان داده است که بلورهای جدید حدود 50 درصد سخت‌تر از مجموعه‌ای از الماسهای طبیعی و مصنوعی هستند. همچنین آنها بزرگترین تک بلورهایی هستند که تاکنون با روش رسوب دهی بخار شیمیایی ، ساخته شده‌اند. اکثر الماسهایی که با این روش ساخته می‌شوند به صورت لایه‌هایی با ضخامت یک میلیمتر می‌باشند.

الماسهایی که گروه کارنگی ساخته‌اند، ضخامتی حدود 4.5 میلیمتر دارد که پس از برش و تراش به صورت سنگهای جواهر با با ضخامت 2.5 میلیمتر در می‌آید. این الماسها طی دو مرحله ساخته می‌شوند. ابتدا بارانی از کربن گازی شکل بر سطح الماس اولیه داده می‌شود تا لایه‌ای از الماس بر آن تشکیل شود.

این باران از پلاسمایی سرچشمه می‌گیرد که از برانگیزش مخلوطی از متان و هیدروژن با ذرات باردار حاصل شده است. سپس این لایه به صورت جواهر برش داده می‌شود و در دمای دو هزار درجه سانتیگراد و فشار 50000 تا 70000 اتمسفر قرار داده می‌شود. این مرحله عامل سختی فوق‌العاده الماسها محسوب می‌شود. این الماسها را می‌توان در ابزارهای برش و سایش بکار برد.