Коштовне каміння з давніх часів були супутниками людини. З давніх-давен людина стала помічати, що не всі вони схожі. Звичайно, необроблений камінь непоказний, але часто їх обробляє сама природа - за допомогою вітру, піску, води. Вже тоді людина стала робити прикраси з натуральних каменів. Правда, в давні часи людина могла обробити тільки м'які мінерали. Такі, як гагат, бурштин, кварц. Однак уже в середині 15 століття ювелір бургундського герцога Людвіг ван Беркем вперше огранив алмаз, а в 17-му столітті алмази навчилися розпилювати. Вони і зараз служать прекрасним матеріалом для виготовлення бус, кілець і іншої дорогої біжутерії. Але дорогоцінні камені - це не тільки гарний зовнішній вигляд. Камені уособлювали собою міць, красу і силу. Тому люди наділяли їх надприродними властивостями. Багато каміння ставали предметом релігійного поклоніння. З красивих кристалів вирізали фігурки богів, робили амулети, зберігали як талісмани. Люди вірили, що камені здатні оберігати своїх власників від хвороб і інших всіляких напастей. Вид каменів, особливо їх колір, як вважають люди, впливає на характер, здоров'я, а часто і долю людини. Коштовне каміння використовували і для приношень богам. Золотисто-жовті камені, наприклад, підносили богу здоров'я, червоні камені - богу війни; богині родючості і любові призначалися зелені камені. Також певні камені вставляли в статуетки, що зображують божества.
Безсумнівно, алмаз по праву вважався найпопулярнішим і дорогим дорогоцінним каменем в світі. Символом розкоші, багатства і розкоші вже давно став ювелірно оброблений алмаз - діамант. В історії людства фігурувало безліч алмазів, які в силу своїх великих розмірів і неповторної краси привертали до себе загальну увагу. Найвідоміші з них отримали навіть власні імена.
Цей дивовижний мінерал відомий людям уже понад 5000 років. Описуючи алмаз, десятки раз вживають слово "самий" - самий твердий, самий блискучий, самий зносостійкий, найдорожчий, найрідкісніший, самий теплопровідний ... Назва алмаз походить від спотвореного грецького адамас - нездоланний, незламний.
Алмаз кристалізується в кубічної сингонії. У той же час в залежності від способу компенсації магнітних моментів виділяють від двох до чотирьох структурних різниць. Крім того, симетрія структури може змінюватися від ізоморфних домішок, що входять або на місце центрального атома вуглецю в тетраедра, або в його вершини, що призводить до геміморфності структури і зниження симетрії. Це позначається на габітус кристалів у розвитку лише половини октаедричних граней. Встановлено також гексагональний політип алмаза - лонсделеіт з вюртцітовой структурою.
Для алмазу характерні крівогранние форми октаедроіди, додекаедроіди, гексаедроіди, тетраедроіди, на гранях яких спостерігається паралельна, вальцеобразная або сноповідние штрихування, мікрослоістость, пірамідальні і каплевидні горбки, ямки травлення, дискова і черепітчатая структури. Іноді алмази мають канали травлення, покриваються найтоншими приповерхневими тріщинами, що створюють матовість при корозії, несуть сліди механічного зносу. Внутрішня будова монокристалів алмазу частіше зональне або волокнисту, встановлюється неозброєним оком або спеціальними дослідженнями. Поширені і пластично деформовані кристали. Детально вивчаючи морфологію і внутрішню будову кристалів алмазу, можна відновити історію його утворення.
Крім монокристалів, алмази часто утворюють закономірні і незакономірні сростки. Перші поділяються на двійники і паралельні зростки. Іноді зустрічаються двійники, що утворюють багатопроменеві зірки. Незакономірні сростки дуже типові для алмазу. Зростатися можуть два-три індивіда різної або однакової величини або безліч індивідів, що утворюють різні полікристалічні агрегати. Виділяють кілька їх різновидів: борт, баллас і карбонадо.
Борт - це дрібнозернисті неправильної форми агрегати безладно орієнтованих кристалів, помітні неозброєним оком або під мікроскопом. Темне забарвлення пояснюється присутністю графіту. Виділення борту можуть досягати декількох сотень грамів. Борт зустрічається практично на всіх родовища алмазів. У техніці бортом часто називають низькоякісні алмази з великим числом тріщин і включень, монокристали алмазу зниженого якості і агрегати.
Різновид алмазів карбонадо була виявлена в 1813 році. Назву отримала від португальського "carbonados" - карбонатізірованних. Карбонад є скритокрісталліческіе освіти з розупорядкованих індивідів алмазів розміром 5-10 мкм, іноді в них присутня аморфний вуглець і графіт. Форма освіти неправильна, незграбна або округла. Вони непрозорі, мають темно-сірий, чорний, зелеоватий, сірий або коричневий кольори, блискучу, емалевідной, антрацітоподобную або матову шлаковідное поверхню. Зазвичай їх маса 0,1-1 карат, але зустрічаються і більші. Так, в 1825 році в Бразилії було знайдено камінь масою 3167 карат. Карбонад мають дуже великий міцністю, тому вони використовуються для виготовлення коронок, призначених для буріння особливо твердих гірських порід. Застосовується карбонадо і для правлячого інструменту. В Африці зустрінута різновид карбонадо з магнітними властивостями, названа стюарітом. Його магнітні властивості обумовлені великим числом включень магнетиту.
Балласи, дробеобразний борт, алмази Кунца - під такою назвою відомі полікристалічні освіти округлої, овальної або грушоподібної форми з радіально-променистою будовою кристаллитов розміром 10-200 мкм. Діаметр агрегатів коливається від декількох міліметрів до 20 мм, рідше більше. Відомі знахідки Баллас масою до 75 карат. Балласи можуть бути непрозорими, напівпрозорими або просвічує, з сильним блиском або матові, безбарвні, сірі, чорні або зелені.
В даний час відома ще одна різновид полікристалічних утворень алмазу ударно-вибухового походження. Такі алмази приурочені до своєрідних кільцевих воронковидним структурам - астроблема, які виходять при ударі космічного тіла об земну кору. Виниклі при цьому високі температура і тиск сприяли утворенню алмазів. Розміри незграбних, неправильної форми агрегатів, як правило, 1-2 мм, розмір кристалітів - 20-40 мкм. Алмази непрозорі, чорні, жовті або зеленуваті. Будова їх шарувату або волокнисту. При рентгенівських дослідженнях агрегатів, крім алмазу, встановлюються інші модифікації вуглецю: графіт, лонсдейліт і карбін.
Твердість алмазу - 10 (за шкалою Мооса), найвища серед усіх мінералів; мікротвердість (в МПа) - 93: 157 - 98 648. Однак у алмазу спостерігається анізотропія твердості, що виражається в тому, що на різних гранях і в різних напрямках твердість дещо відрізняється.
Найменш зносостійкими напрямками, за якими і обробляють алмаз, є наступні: в плоскій сітці куба - напрямки, паралельні сторонам кубічних граней, в плоскій сітці октаедра - напрямків, які відповідають висот трикутних граней. У свою чергу, твердість октаедричних граней більше твердості ромбододекаедріческіх, але нижче, ніж кубічних. Зносостійкість алмазів коливається в широких межах, середня її величина в кілька разів вище зносостійкості широко відомих абразивних матеріалів - карбіду бору і кремнію. Абразивна здатність матеріалу визначається відношенням маси сошлифовать матеріалу до маси витраченого абразиву. Якщо прийняти абразивную здатність алмаза за одиницю, то абразивна здатність карбіду бору складе 0,5-0,6, а карбіду кремнію - 0,2-0,3.
Теоретична щільність алмаза 3,515 г / см 3. Однак зустрічаються алмази, у яких спостерігаються значні відхилення від цієї величини, що пов'язано з наявністю різних включень, тріщин, пор, а також агрегативного будовою. Найменшу щільність мають карбонадо (до 3,4 г / см 3). Щільність Баллас зменшується від світлих різниць до темним. У монокристалів з помітним неозброєним оком зональним будовою - "алмазів в оболонці" і графітизованих кристалів щільність нижче середнього значення. Щільність прозорих з зеленими плямами пігментації або димчасто-коричневих алмазів трохи нижче, ніж у безбарвних або жовтих, але ці коливання виражаються в тисячних, рідше сотих частках одиниць щільності.
Алмаз має досконалу спайність по, злам рівний, ступінчастий, раковистий. Модуль пружності алмазу piвний 88 254 МПа, що пояснює деформацію алмаза при його впливі на опрацьований матеріал. У зв'язку з цим при алмазної обробки матеріалів питомий тиск і температура повинні бути в кілька разів нижче, ніж при використанні інших абразивів. Межа міцності на вигин у алмазу 206-490 МПа, що в три-чотири рази менше, ніж у твердого сплаву (1079-1471 МПа). Межа міцності алмазів при стисненні залежить від їх форми і дефектності. В середньому він становить тисяча дев'ятсот шістьдесят одна МПа, що в два рази менше межі міцності для твердих сплавів (3922-4903 МПа). Щільність на розрив 7 746 740 МПа (теоретична). Коефіцієнт стиснення алмазу і модуль стисливості в чотири рази менше, ніж у заліза.
Алмаз складається з вуглецю (96 - 99,8%). В якості домішок в ньому встановлені в різних кількостях (від n * 10 -8% до 0,3%) більше 25 елементів: H, B, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti , Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, TR, Pt, Au, Ag, Pb та інші.
Абсолютно безбарвні алмази досить рідкісні. Зазвичай у них спостерігається будь-якої відтінок. Зустрічаються інтенсивно забарвлені алмази жовтого, оранжевого, зеленого, блакитного, синього, рожевого, коричневого, молочно-білого, сірого, чорного кольору. Забарвлення алмазів пов'язана з різними дефектно-домішковими центрами в структурі кристалів, а іноді - з включеннями ряду мінералів. Найбільш поширена жовте забарвлення може мати різне походження. Рівномірна лимонно або солом'яно-жовте забарвлення прозорих кристалів октаедричні або додекаедріческой форми обумовлена наявністю дефектно-домішкового центра N3 (інтерпретується як донорно-акцепторні пари [N -Al] або три атома азоту і вакансія), з яким пов'язана система ліній (головний 415 нм ) в спектрах поглинання. Жовта, янтарно-жовте забарвлення прозорих кристалів кубічного габітусу і периферійної зони "алмазів в оболонці" пов'язана з одиночними атомами азоту, ізоморфно заміщають в структурі алмазу атоми вуглецю. У таких алмазах спостерігається поглинання з 550 нм. Зелені плями пігментації, що забарвлюють поверхню кристалів в зеленуватий або блакитний колір, з'являються в результаті природного радіоактивного опромінення. При нагріванні в процесі метаморфізму вони стають жовтими. Зустрічаються алмази з синьою і блакитний забарвленням. Передбачається, що цей тип забарвлення обумовлений входженням в структуру алмазу бору. Дуже поширені димчасто-коричневі і рідше рожево-бузкові алмази, забарвлення яких пов'язана з дефектами на площинах ковзання. Молочно-біле забарвлення пояснюється наявністю дрібнодисперсних включень граната у зовнішній частині кристала, а сіра і чорна - включеннями графіту.
Алмаз при звичайних температурах хімічно інертний. Кислоти, навіть найсильніші на нього не діють. При високих температурах алмаз набуває хімічну активність. При температурі вище 450-500 о С (мікропорошки) - 600-700 о С (кристали) алмаз може окислюватися киснем, CO2. NO, водяною парою. При температурах 600-800 о С і вище кристали алмазу труяться в розплавах лугів, кисневмісних солей і металів.
Алмаз не змочується водою, але прилипає до жирових сумішей. Високий показник заломлення (2,417) пояснює його яскравий, алмазний блиск. Для променів різного кольору показник заломлення неоднаковий: для червоного - 2,402; жовтого - 2,417; зеленого - 2,427; фіолетового - 2,465. Таким чином, дисперсія показника заломлення алмазу - 0,063, що набагато вище, ніж у інших мінералів. Високою дисперсією пояснюється "гра" діамантів. Кут внутрішнього відображення для алмаза при n = 2,42 становить 24 про 51 /.
Кристали алмаза оптично ізотропні, проте досить часто в них виникають пружні напруги, що призводять до появи аномального двозаломлення. Візерунки двупреломления можуть бути різними: полосчатим, відповідними зональному будовою кристалів або пов'язаними з площинами ковзання; радіально-променистими, викликаними дислокациями росту кристалів; звёздо- і хрестоподібними, пов'язаними з нерівномірним розподілом домішок; у вигляді ізоклін, викликаних об'ємними напруженнями в алмазі; у вигляді фантомів, обумовлених напруженнями, спрямованими в різні боки; викликані включеннями сторонніх мінералів; нагадують малюнок солом'яних килимків.
Під впливом катодних, рентгенівських і ультрафіолетових променів деякі алмази люминесцируют, що викликано дефектами їх структури. Колір люмінесценції різний - від зеленого і жовтого до блакитного або синього. Алмази з різним світінням мають різні фізико-механічні властивості. Так при статичному однорідному стисненні найбільшою міцністю відрізняються не світяться алмази, потім блакитні, зелені, жовті і рожеві. Найбільша динамічна міцність у кристалів з рожевим свіченням, нижче у кристалів з зеленим, жовтим і блакитним світінням. Найменша міцність на удар у світяться алмазів. При випробуванні алмазів з різних світінням на стирання найбільша зносостійкість встановлена у алмазів, що світяться зеленим кольором, нижче - у блакитних, жовтих алмазів, з рожевим світінням і у що не світяться.
Алмази I і II типу відрізняються і за характером поглинання в ультрафіолетовій та інфрачервоній областях. Кордон фундаментального поглинання в ультрафіолетовій області в алмазах II типу знаходиться в межах 220-225 нм, а в алмазах I типу - 300-320 нм.
В інфрачервоних спектрах алмазів спостерігається двухфононное гратчасте поглинання в області 3-6 мкм, пов'язане з температурним коливанням атомів вуглецю в решітці алмазу. В алмазах, що містять різні дефектно-домішкові центри, встановлені системи поглинання A, B1. B2 і C з відповідними основними лініями (див -1) - A - тисячі двісті вісімдесят дві, B1 - 1175, B2 - 1370, C - 1130.
Алмази I і II типу відрізняються і по своїх електронних властивостях. При кімнатній температурі алмази є діелектриками, але серед алмазів II типу виділяється окремий підтип IIb - алмази, що володіють напівпровідниковими властивостями. При опроміненні ультрафіолетовими променями (210-300 нм) в алмазах з'являється фотопровідність, яка вдвічі збільшується при додатковому одночасному опроміненні їх інфрачервоними променями. При однакових умовах фотопровідність алмазів II типу на порядок вище, ніж I типу.
Алмаз характеризується дуже високою теплопровідністю. Вона не однакова при різній температурі. В інтервалі температур 20-1200 К теплопровідність алмазу вище теплопровідності міді. Лінійне розширення алмазів при температурі 0-1400 о С становить 0,58%, коефіцієнт теплового розширення при 25 о С дорівнює 1,3 * 10 -6. а при 1400 о С - 7 * 10 -6.
Фізичні властивості алмазів (колір, твердість, електропровідність) змінюються при їх опроміненні: колір стає синім, синьо-зеленим, а при збільшенні часу опромінення - темно-зеленим і чорним. Зміни в структурі алмазів призводять і до зміни механічних властивостей. На 20-30% збільшується статистична міцність, однак динамічна міцність зменшується.
Залежно від властивостей алмази ділять на ювелірні та технічні. До ювелірних відносять прозорі алмази (безбарвні або з нацветом) з невеликою кількістю дефектів. До технічних алмазів в залежності від призначення пред'являються відповідні вимоги. Технічні алмази низького сорту і полікристалічні їх різновиди обов'язково проходять попередню обробку з метою поділу їх за формою і розмірами, а також для виділення алмазів з більш високими значеннями міцності. При цьому алмази дроблять, овалізіруют, полірують, а також піддають термічній обробці і металізації.