Страница 43 из 90
Можно сказать, что давление ловко использовало возможность, которую создают люди, когда хотят сэкономить место при упаковке громоздких предметов. Чтобы перевезти с одного места на другое механизмы, приборы или мебель, мы часто разбираем их на отдельные детали. При этом можно достичь более плотной упаковки.
Давление тоже воспользовалось тем обстоятельством, что атом, эта ажурная конструкция, очень неэкономичен с точки зрения упаковщика. Образно говоря, в атоме так же много свободного места, не занятого ядром и электронами, как в стакане, в котором летает лишь несколько пылинок. Вот давление и разобрало неэкономную конструкцию и сложило из ее деталей более совершенную и стойкую.
Рентгеновы лучи, позволившие расшифровать структуру кристаллической решетки хлористого рубидия и других веществ, открыли и тайну алмаза. Они показали, наконец, в чем состоит отличие алмаза от графита.
Оказалось, в графите атомы углерода образуют плоские слои, в каждом из которых атомы расположены в вершинах правильных шестиугольников, напоминающих бетонные плиты, которыми покрывают взлетные полосы современных аэродромов. Атомы, лежащие в соседних слоях, связаны между собой слабо.
В алмазе атомы углерода образуют пространственную решетку, в которой атомы сильно связаны между собой во всех направлениях.
Ученые убедились, что перегруппировка атомов углерода в более стойкую формацию и рождает алмаз.
Работа закипела с новой силой. Так, значит, строили планы охотники за алмазами, нужно изменить расположение атомов в графите и сделать его таким же, как в алмазе. Вот и все! Для этого надо расшатывать атомы в кристаллической решетке графита высоким давлением до тех пор, пока они не перескочат на свои новые места.
Поиски путей получения искусственных бриллиантов продолжались. Известный американский физик П.В. Бриджмен решил подвергнуть графит очень высокому давлению. Он довел давление до грандиозной в земных условиях величины — до 400 тысяч атмосфер. Но он совершил ошибку — проводил опыты при комнатной температуре, и они не дали желаемого результата.
Советский ученый О.И. Лейпунский путем теоретических изысканий подтвердил, что графит можно превратить в алмаз только при одновременном действии высокого давления и высокой температуры. По его подсчетам, температура должна быть не меньше 2 тысяч градусов Кельвина, а давление не ниже 60 тысяч атмосфер.
И вот трое зарубежных ученых: Гунтер, Гезелле и Ребентиш нагревают графит до температуры в 3 тысячи градусов Кельвина, затем сжимают его под давлением в 120 тысяч атмосфер, и... ничего не получается. По их мнению, опыт длился слишком малое время, и графит не успел перекристаллизоваться в алмаз.
Чем больше бились ученые над проблемой получения искусственных алмазов, тем больше приходили к мысли, что они никогда не были получены в лабораторных условиях. Тем более они не могли быть добыты в условиях, при которых проходили опыты Хэннея и Муассана. Однако исследования продолжались.
Особенно активно поиски путей получения искусственных алмазов велись в США. Ведь там нет таких природных алмазных россыпей, какие есть у нас, в Южной Африке, Индии, Бразилии. В США алмазы ввозились из-за границы и стоили недешево.
Потребность же промышленности в алмазах очень велика.
Алмазные сверла, резцы, фрезы для бурения самых крепких пород, инструмент для правки шлифовальных кругов, наконечники к приборам измерения твердости и чистоты поверхности, пилы для резки гранита и мрамора, подшипники для особо точных приборов и морских хронометров — вот далеко не полный перечень применения алмазов в технике. Это ставило алмазы на одно из первых мест в списке стратегического сырья США. Начиная с 1941 года поиски искусственных алмазов считались одним из центральных научных направлений.
Более четырех лет группа ученых: Бенди, Холл, Стронг и Вентроп, работавших в «Дженерал электрик компани», трудилась над созданием аппаратуры, в которой можно было бы в течение 6...8 часов поддерживать давление в 100 тысяч атмосфер и температуру в 2300 градусов Кельвина. И они добились успеха.
В результате действия трех факторов: давления, температуры и времени — удалось получить искусственные алмазы величиной в четверть карата с линейными размерами до одного и более миллиметров. Рентгеновский анализ подтвердил полную тождественность этих алмазов с естественными.
Более ста раз опыты получения искусственных алмазов были повторены, и каждый раз с положительным результатом.
Прошло немного времени, и искусственные алмазы были получены советскими и шведскими учеными.
Создать в лаборатории такие условия, при которых этот процесс идет в недрах Земли, — большая победа человека.
Правда, искусственные алмазы желтого цвета. С ювелирной точки зрения это снижает их ценность.
Но зато они заметно тверже естественных. Абразивные круги из синтетических алмазов по своей работоспособности на 30...60 процентов выше, чем из природных. Инструмент из искусственного алмазного порошка очень прочен. А это особенно ценно для технических целей.
Стоимость этих алмазов пока высока. Но сам факт их искусственного получения бесценен для науки.
Еще не улеглось волнение в связи с этим техническим достижением, как к желтым кристалликам алмаза ученые добавили еще черные и темно-красные искусственные кристаллы. Но это уже были не алмазы, а полученные аналогичным путем образцы нового материала. Он так же, как и алмаз, имел кристаллическую решетку в виде куба, но состоял не из атомов углерода, а из атомов бора и азота. Новое вещество назвали боразоном. Природа его не знает.
Боразон еще тверже алмаза. Он не только оставляет царапины на алмазе, но и более устойчив к действию высокой температуры. Тогда как алмаз сгорает уже при 1060 градусах, боразон и при 2500 градусах полностью сохраняет все свои замечательные свойства и работает так же хорошо, как при комнатной температуре. Боразон устойчив и к окислению.
Пока кристаллы боразона не крупнее зерен песка. Но, вероятно, уже не долго ждать, когда промышленность получит новые стойкие резцы, фрезы и другой режущий инструмент из искусственных кристаллов боразона.
Ученые считают, что боразон и алмаз — это первые звенья в целой цепи материалов с подобными свойствами и их получение — дело наших дней. Получение искусственных материалов, подобных боразону, — величайшее торжество метода научного предвидения. Это открывает развитию техники небывалые горизонты. Если до сих пор люди использовали лишь те материалы, которые предоставляла им природа, или подражали ей, создавая в своих лабораториях искусственным путем известные уже вещества, то теперь они вступили на новый путь. Этот путь — изготовление неизвестных до сих пор материалов с наперед заданными свойствами, диктуемыми запросами науки и техники.
Можно назвать многие области техники, где ее прогресс задерживается из-за отсутствия подходящих материалов. И вот первый шаг уже сделан. Применение высокого давления помогло ученым разобраться в физических свойствах веществ, в поведении мельчайших кирпичиков-атомов, из которых они построены, и научило предвосхищать свойства тех материалов, которые возродятся из «пепла» разрушенных давлением исходных веществ. Теперь человек сможет сознательно управлять этим процессом, назначать будущему материалу нужные качества.
В поисках и ошибках, победах и заблуждениях рождалась новая область физики — физика высоких и сверхвысоких давлений. Новая область науки открыла перед техникой небывалые горизонты и позволила ученым соперничать с природой.
В нашей стране физика высоких давлений зародилась недавно, лишь в тридцатых годах, но теперь она уже добилась результатов, намного превосходящих по своему значению даже синтез искусственных минералов и драгоценных камней.