Анизотропия твердости природных алмазов

Профессор Дронова Н.Д.
Доктор технических наук,
Кафедра ювелирного искусства,
Высшая школа народных искусств

АНИЗОТРОПИЯ ТВЁРДОСТИ АЛМАЗА И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ ПРИ ОГРАНКЕ БРИЛЛИАНТОВ

Аннотация

Алмаз — минерал с исключительными физико-механическими характеристиками, в частности, с максимальной твёрдостью по шкале Мооса. Однако его твёрдость не является равномерной во всех кристаллографических направлениях: наблюдается выраженная анизотропия твёрдости. В данной статье рассматриваются кристаллографические основы этого явления, его значение для процессов распиливания, расщепления, шлифовки и полировки, а также влияние анизотропии на качество огранки и выход готового бриллианта. Приводится практическая методика учёта анизотропии при планировании огранки.

Professor Dronova N.D.
Doctor of Technical Sciences,
Department of Jewellery Art,
Higher School of Folk Arts

ANISOTROPY OF DIAMOND HARDNESS AND ITS SIGNIFICANCE IN DIAMOND CUTTING

Abstract

Diamond is a mineral with exceptional physical and mechanical characteristics, in particular, with maximum hardness on the Mohs scale. However, its hardness is not uniform in all crystallographic directions: a pronounced hardness anisotropy is observed. This article discusses the crystallographic basis of this phenomenon, its significance for the processes of sawing, splitting, grinding and polishing, as well as the effect of anisotropy on the quality of cut and yield of the finished diamond. Presented are

Введение

Алмаз — один из немногих минералов, обладающих исключительной комбинацией свойств: сверхвысокая твёрдость, высокая теплопроводность, оптическая прозрачность и химическая инертность. Однако вопреки распространённому мнению, твёрдость алмаза не абсолютна и варьируется в зависимости от направления действия нагрузки. Именно анизотропия твёрдости лежит в основе как уникальных особенностей обработки алмаза, так и связанных с этим технических трудностей.

Кристаллографические основы анизотропии

Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, образуя тетраэдрически координированную кристаллическую решётку из атомов углерода, каждый из которых связан с четырьмя соседними. Несмотря на кажущуюся симметрию, сопротивление к механическому воздействию (твёрдость) сильно зависит от направления воздействия относительно кристаллографических осей:

Наивысшая твёрдость наблюдается по направлению ⟨111⟩ (по диагонали октаэдра);
Меньшая — по направлениям ⟨100⟩ и ⟨110⟩.

Следовательно, алмаз можно не только обрабатывать, но и расщеплять по определённым плоскостям — прежде всего по {111}, что используется в технологии колки (расщепления).

Влияние анизотропии на процессы обработки

1Кливаж (расщепление):
Производится по плоскостям {111}, где атомная плотность наименьшая. Это позволяет разделить крупный алмаз на части с минимальными потерями, избежав сколов и трещин.
Распиловка:
Плоскости {100} и {110} труднее поддаются расщеплению, но возможны для механической резки с применением стальных или бронзовых дисков с алмазным напылением.
Шлифовка и полировка:
Наибольшая эффективность шлифовки достигается при работе вдоль «мягкого» направления (обычно ⟨100⟩). При попытке полировать алмаз по направлению максимальной твёрдости (⟨111⟩) происходит резкое снижение съёма материала, возможны микросколы и повреждение кристалла.

Практическое значение для огранщика

Правильное ориентирование заготовки в пространстве — ключевой этап подготовки к огранке. Учёт анизотропии позволяет:

Оптимизировать съём материала и снизить время полировки;
Избежать микроскопических дефектов поверхности;
Повысить симметрию и блеск граней;
Максимизировать выход веса из исходного кристалла (обычно не более 40–45%).

Опытный огранщик определяет кристаллографическое направление с помощью лабораторного гониометра, оптических методов, а также по естественным граням октаэдра.

Исторический аспект

Первые попытки учёта анизотропии алмаза восходят к XVI веку. Однако систематическое научное обоснование этого явления появилось лишь в XX веке с развитием кристаллографии. Классические школы огранки — индийская, амстердамская, бельгийская — использовали знание об «опорных направлениях» при создании знаменитой огранки «бриллиант 57 граней».

Заключение

Анизотропия твёрдости алмаза — не просто академический факт, а основополагающий параметр, определяющий все этапы трансформации кристалла в ювелирный бриллиант. Глубокое понимание этого явления позволяет не только улучшить качество обработки, но и существенно повысить экономическую эффективность производства. Современная огранка невозможна без точного знания кристаллографической природы алмаза и её влияния на его механические свойства.