Синтетические алмазы – производство, применение и перспективы
Если попросить людей подумать об алмазах, и ответ подавляющего большинства – сверкающее обручальное или свадебное кольцо или браслет, ожерелье, серьги с прекрасными драгоценными камнями. А попросите производственника представить алмаз, и ответ будет совсем другим.
Большинство людей мало знают, если знают что-то вообще, о применении алмазов в промышленных целях. И что самое удивительное, так это то, что технические алмазы имеют огромный рынок и намного превосходят рынок алмазов ювелирного качества. Кроме того, технические алмазы играют огромную роль во многих отраслях промышленности, которые делают повседневную жизнь эффективнее и легче.
Твердость алмазов делает их идеальными для применения в режущих и шлифовальных инструментах, и они используются в сверлах и пилах с алмазной кромкой, а алмазная крошка широко применяется в абразивах.
Проводятся широкие исследования по применению алмазов в качестве полупроводников для производства микросхем. Алмазы даже используются для создания покрытий, применяемых в реактивных самолетах, в используемых на кухне поверхностях и в космических кораблях, включая станцию Pioneer, запущенную в 1978 году с целью изучения Венеры, которая должна была выдерживать экстремальные температуры и условия.
Рынок алмазов технического качества очень отличается от рынка алмазов ювелирного качества. Так как технические алмазы нужны в большей степени из-за их твердости и теплопроводности, которая в 4 раза выше теплопроводности меди, геммологические характеристики алмазов ювелирного качества, такие как чистота и цвет по большому счету не имеют значения. Поэтому 80 % алмазов, добываемых ежегодно, или свыше 100 миллионов каратов, непригодны для применения в ювелирных изделиях и направляются для промышленного применения. В мире, ежегодно производится более 500 миллионов каратов синтетических алмазов для промышленного применения. Около 90 % алмазного абразивного материала, большая часть которого производится в Китае, имеет синтетическое происхождение, согласно данным Геологической службы США (U.S. Geological Survey, USGS).
Нет необходимости говорить, что грань между алмазами ювелирного и технического качестваиногда может быть расплывчатой. Когда спрос на бриллианты большой, то и низкокачественные или мелкие алмазы, которые в другое время отправили бы для промышленного применения, находят дорогу к производителям бриллиантов и используются для огранки.
Даже если они и стоят больше других абразивных материалов, алмазы более экономичны в широком ряде промышленных процессов, потому что они режут быстрее и служат дольше, чем другие возможные альтернативные материалы. Кроме того, синтетические технические алмазы оказались лучше природных, потому что их можно производить практически в неограниченном количестве, и можно задавать их свойства для специальных областей применения. Вследствие этого синтетические алмазы составляют более 90 % технических алмазов, применяемых в США.
В 2010 году общий объем производства технических алмазов в США составил около 93 миллионов каратов, и США также были одним из ведущих мировых рынков потребителей. Внутри страны выпускался синтетический абразивный материал, порошок и камень.
Основными потребителями технических алмазов в США являются производители компьютерных чипов, строительство, машиностроение, компании, оказывающие услуги в горной добыче по бурению при разведке полезных ископаемых, нефти и газа, фирмы, занимающиеся резкой и полировкой камней, системы транспортировки. Для резки камней, строительства и ремонта автомагистралей расходуется большая часть выпускаемых технических алмазов.
Кроме того, к высокотехнологичным областям применения технических алмазов относится прецизионная механическая обработка с малыми допусками керамических деталей для аэрокосмической промышленности, радиаторов-теплосъемников для электронных цепей, линз для лазерного излучающего оборудования; полировка кремниевых пластин и дисководов; ряд операций в компьютерной промышленности.
Алмазные порошки, изготовленные с синтетическими алмазами для полировки, применяются в основном для шлифования режущих инструментов, драгоценных камней, оправ для ювелирных изделий, оптических поверхностей, кремниевых пластин и волок для протягивания проволоки для компьютерных чипов. Сотни видов другой продукции, изготавливаемой из керамики, стекла, металлов и пластика, тоже полируются алмазными порошками.
Запасы природных технических алмазов были обнаружены более чем в 35 странах. И если природные технические алмазы составляют около 1,2 % всех используемых технических алмазов, то остальное составляют синтетические алмазы. По меньшей мере, у 15 стран имеется технология производства синтетических алмазов.
Алмазы дают много преимуществ для прецизионной механической обработки и продления срока службы инструмента. Кроме того, быстро развивается применение износоустойчивых алмазных покрытий для увеличения срока службы материалов, которые конкурируют с алмазами. Увеличение срока службы не только ведет к снижению затрат на единицу выпущенной продукции, но и означает меньшее количество смен инструмента и удлинение безостановочного процесса производства. Учитывая многие преимущества, связанные с увеличением срока службы инструмента, и то, что поверхности с алмазным покрытием могут повысить прочность в 50 раз, ожидается, что алмазы как технический материал будут применяться гораздо больше.
Синтетические алмазы для абразивных инструментов и истирающихся частей в дальнейшем будут заменять конкурирующие материалы во многих областях промышленного применения благодаря обеспечению меньших допусков, а также увеличению срока службы инструментов – например, они заменят природный алмаз и изделия из карбида вольфрама, применяемые в бурильном оборудовании и инструментах.
Исследования показали, что существует огромный диапазон областей, в которых применение синтетических алмазов может принести много изменений. К ним относится получение изображения под водой, медицинских и мультиспектральных изображений, в офтальмологии, лечении рака, в лазерах большой мощности, алмазных детекторах в Большом адронном коллайдере (Big Bang Machine) в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN), в лечении рака глаза.
Производство, синтез наноалмазов в Украине.
Приглашаем к взаимовыгодному сотрудничеству!