Гравировка на алмазе

Гравировка на алмазе

Известно, что алмаз очень тверд. Более того, он самый твердый из всех материалов. Список алмазного инструментария, где используется именно это уникальное свойство,- уже целая книга. И почетное место в ней занимают алмазные резцы. Не только скорость обработки, но и высочайший класс чистоты обрабатываемой поверхности - вот что такое алмазный резец.

Итак, берем стальную заготовку, закрепляем в станке, устанавливаем алмазный резец...

Погодите, погодите, обрабатывать сталь алмазом?! Да этого же нельзя делать, ваш алмазный резец затупится, будто он из самого непригодного материала! Если уж нужна сверхтвердость, то для сплавов железа и некоторых других металлов берут резцы из эльбора.

Но почему же? Разве алмаз не тверже эльбора? Разве не алмазом обрабатывают самую твердую керамику, наконец, сам алмаз? Почему он, наитвердейший, вдруг пасует перед какой-то железякой? Объясните же наконец, вы, эксперты!

А эксперты говорят разное. Но большинство сходится вот на чем. Считают, что алмаз уступает железу, потому что начинает с ним взаимодействовать. В зоне обработки развиваются высокие локальные температуры, а этого уже достаточно, чтобы алмазный углерод уходил к железу. А много ли надо, чтобы затупить резец.

Ну что же, от фактов никуда не денешься, железо алмазу не поддается, потому что он сам поддается железу. А нельзя ли использовать эту его слабость? Обрабатывать алмаз! Железом?!!

Когда делается неожиданная работа, задним числом обычно становится ясно, что предпосылки для нее были готовы уже давно. Так случилось и со знаменитыми лазерами. Эффект, который в них использован,- стимулированное излучение - был разобран еще в ранних работах Эйнштейна. Работа, о которой пойдет речь, не столь знаменита. Не исключено также, что не получит она всех лазерных регалий, в частности Нобелевской премии. Но факт остается фактом: специалисты из Института геологии Якутского филиала СО АН СССР умеют рисовать на поверхности алмаза картинки, делать надписи, изготавливать алмазные шестеренки, протыкать дырки. И многое другое. В общем вести размерную обработку алмаза, не прибегая к традиционному механическому способу. И все это с минимальными затратами средств, а часто и времени. Использована же здесь именно те самая слабость алмаза, другими словами, способность некоторых металлов растворять алмазный углерод.

Мы вправе заинтересоваться: как же это получилось - геологи, а занялись обработкой? Неужели им не хватало своих проблем, геологических? И ушли они в свободный поиск. Может, так и надо работать, бросать свое дело, входить в чужие? Успех вроде бы очевиден.

Не было тут свободного поиска. У геологов действительно свои проблемы, геологические. Надо понять, как алмаз вырос в природе. И где его лучше искать. И как искать. Проблем много, всех не перечтешь. Стоят они в планах, пишутся по ним отчеты. Собирается фактический материал, изучается, проводятся эксперименты. Идет работа.

Когда-то, уже довольно давно, крупнейший советский минералог, выдающийся алмазовед академик Александр Евгеньевич Ферсман писал: "Все вопросы, связанные с алмазом, имеют не только огромное теоретическое, но и экономическое значение". Эту фразу можно найти в нескольких его книгах, причем раз от раза он ее слегка корректировал, усиливал. Так и осталось для потомков - "все вопросы". Честное слово, точнее не скажешь.

Вернемся к Институту геологии Якутского филиала СО АН СССР. Когда в самом начале шестидесятых годов член-корреспондент Г. Б. Бокий начинал организовывать алмазное дело в новосибирском Институте неорганической химии, он выяснил, что единственное место в системе Академии наук, где есть своя коллекция алмазов, - это Институт геологии в столице Якутии. Начались поездки: в Якутск к Рожкову, в Новосибирск к Бокию... Ездили не только сотрудники, но и сами алмазы. Вскоре Новосибирск, получивший свою коллекцию, начал собственное дело, И ведет ого до сих пор. А что же Якутск, неужели заглох, уступил свежим силам? Не тут-то было! И ярким доказательством этого служит разработанный способ размерной обработки алмаза.

Как родился этот способ? Основные предпосылки для него уже были. Нет-нет, не износ резцов при обработке железа, сейчас не об этом. Во-первых, в институте были алмазы. Во-вторых, с ними работали. И работали добросовестно, внимательно, одним словом, дотошно. Вышедшая в 1968 г. монография А. В. Варшавского "Двулучепреломление и внутренняя морфология алмаза" до сих пор удивляет широтой охвата экспериментального материала и смелостью выводов. В монографии впервые поднят вопрос о так называемых центральных включениях, возможных затравках при росте. Позже в одном из кристаллов в качестве центрального включения было обнаружено железо. Как знать, может быть, эта находка и стимулировала у сотрудников института интерес к сочетанию элмаз - железо: как поведут они себя вместе при высоких температурах, скажем при 1000 °С? Алмаз при этом следовало защитить от кислорода, ведь он может окислиться, сгореть. Может, не было в лаборатории хорошего вакуума, решили защититься от кислорода водородом. И вскоре заметили, что тонкая железная пластинка, лежащая на поверхности алмаза, начала оседать. Алмаз таял!

Что же там произошло? По-видимому, алмазный углерод начал переходить в твердый раствор с одной стороны пластинки, диффундировать через нее и превращаться с другой стороны в метан. А пластинка все оседает и оседает. Вырезали ее в форме шестеренки - через сутки шестеренка в алмазе. Нарисовали на алмазной поверхности фрагмент из плаката Пикассо - и вот он навечно врезан в алмаз. Куда уж тут знаменитым надписям на алмазе "Шах", хранящемся в Алмазном фонде СССР! А ведь они считались шедевром творчества неизвестных умельцев, годы затративших на этот ювелирный каторжный труд.

Вряд ли можно пока сказать, где найдет основное применение термохимический способ размерной обработки алмаза, разработанный якутскими специалистами. Знают ли это даже сами авторы - заведующий лабораторией экспериментальной минералогии кандидат химических наук А. Григорьев^*, научные сотрудники С. Лившиц, П. Шамаев? Может быть, у владельцев бриллиантов войдет в моду увековечивать свои имена, врезая их в наитвердейший. В подражание владыкам Востока, расписавшимися чужими руками на "Шахе". Пожалуйста! Платите доллары, фунты, иены - фирма сделает! Или войдет алмаз полноправным членом в дружную семью материалов микроэлектроники - специалисты уверяют, что это время уже близко. И тончайшая филигрань микросхемы с десятками тысяч деталей будет впечатываться в алмаз за одну операцию! Может, понадобятся изделия с таким сложным профилем, что традиционный механический способ обработки спасует? Пожалуйста^**! Может, на некоторых операциях термохимия окажется экономичнее? Пожалуйста, вот он - новый способ обработки алмазов, защищенный авторскими свидетельствами и патентами во многих странах. И родина его - Советский Союз. Организация-разработчик - Академия наук СССР, Сибирское отделение, Якутский филиал, Институт геологии.

^* (Анатолий Петрович Григорьев, к несчастью, уже ушел из жизни. Ушел рано, в расцвете творческих сил. Но метод его живет и будет жить.)

^** (Алмазные скальпели с тончайшей режущей кромкой для микрохирургии глаза. Сейчас об этом много пишут, ведь в результате операции к людям возвращается зрение. Что же, применение вполне достойное алмаза и отечественного метода. Зеленую ему улицу!)

Рис. 16. Шестеренка, вырезанная в алмазе, пока никому не нужна. Но обычным механическим способом выточить такую деталь чрезвычайно сложно. А новым методом легко сделать ее за одну операцию, просто это иллюстрация новых возможностей. И фрагмент из плаката Пикассо врезается в алмаз буквально за считанные минуты. Присылайте алмазы и заказы - фирма сделает!

Рис. 17. Академик Александр Евгеньевич Ферсман (1883-1945), тонкий документалист, знаток и поэт алмаза. Его основные труды по 'царю минералов' собраны на 566 страницах монографии 'Кристаллография алмаза', выпущенной в 1955 г. издательством АН СССР в серии 'Классики науки'. Из этой монографии нами и взята виньетка. Академик Владимир Степанович Соболев (1908-1982), давший еще в довоенные годы первый в мировой практике научный прогноз коренной алмазоносности и даже назвавший на заседании Госплана в качестве отправной точки поисков бассейн Вилюя. Именно там, на берегу Вилюя в поселке Нюрба обосновалась после войны знаменитая Амакинская экспедиция. А в городе Мирном, нынешней столице провиденного под микроскопом и в библиотеках алмазного края, одна из улиц названа так: улица Соболева. Кандидат химических наук Анатолий Петрович Григорьев (1936-1985), ведущий автор удивительного по своим возможностям и перспективам термохимического метода размерной обработки алмаза. Два академика и кандидат наук. Что объединило их на одной странице в книге 'Тверже алмаза'? Каждый из них был Ученым. Для каждого из них Алмаз был частью их любимой Науки. И Наука вместе с Алмазом уступили. Каждому из них... И теперь они навечно алмазных дел Мастера

Остается добавить, что "Способ размерной обработки алмазов" был в 1982 г. представлен на юбилейный конкурс лучших работ Сибирского отделения АН СССР. И занял на своей секции первое место.