Был бездельником алмаз…

Теодор Гладков

Легендарный алмаз «Сапси» был найден в 1064 году в Восточной Индии. За этот камень весом в 101 карат султан Вира Раджендра отдал двух слонов, двенадцать необъезженных верблюдов и восемьдесят золотых монет. В последующие столетия алмаз сменил многих венценосных хозяев, был свидетелем крушений империй и гибели могущественных владык.
—…Ботинок нельзя сделать без подметки или, скажем, стельки. Прежде, чем мазать клеем, поверхность стельки надо обработать — как говорят обувщики, «взъерошить». Это делают на вращающемся барабане с помощью абразивной шкурки. Обычная шкурка на полотняной основе стирается до основания после обработки 200—300 пар деталей. За смену барабан приходится останавливать для замены шкурки 10—15 раз. Почти миллион погонных метров шкурки съедали эти стельки-подметки! Мы дали обувщикам алмазный барабан. Пока он износится, им можно обработать до 600 тысяч деталей! Один такой барабан заменяет две тысячи шлифовальных шкурок. Вот что такое алмаз!
…Две истории. Обе я услышал в Киеве от Валентина Николаевича Бакуля, директора Института сверхтвердых материалов Академии наук Украины, сокращенно ИСМ.
В этом институте люди делают алмазы.
Естественные алмазы принадлежат к самородным элементам и встречаются в виде кристаллов разных размеров, формы и цвета. Крупные камни находят чрезвычайно редко. Весть о такой находке немедленно разносится по миру, как, по выражению газетчиков, первополосная сенсация. За последние три столетия в мире найдено лишь 25 камней весом свыше 400 каратов. Считается, что один карат алмаза стоит столько же, сколько сто граммов золота, однако стоимость камня с увеличением его веса возрастает в квадратной зависимости.
Примерно пятая часть найденных камней потребляется ювелирами, остальное используется в промышленности. Стоимость килограмма высокосортных технических алмазов доходит до 500 тысяч долларов — это более чем в 250 раз дороже золота. Стоимость крупных, необработанных ювелирных алмазов доходит до 3 тысяч долларов за карат.
Известно, что цены на золото в капиталистическом мире испытывают значительные колебания: они то повышаются, то падают. Цены на алмазы последние сто лет только растут.
В 1829 году на Урале был найден первый в России алмаз весом в полкарата. В последующие сто лет на Урале было найдено еще около трехсот алмазов, самый крупный из которых весил три карата.
После революции поиски велись уже планомерно и настойчиво. В 1949 году был найден первый алмаз в Якутии. Однако по-прежнему считалось, что на территории СССР нет коренных месторождений алмазов.
Упорство геологов все же одержало верх над предвзятым мнением. Поддержанные рядом ученых, они продолжали неустанные поиски на необъятной территории Сибирской платформы. И 21 августа 1954 года в Якутии наконец произошло чудо, которого уже ждали: геолог Лариса Попугаева открыла первую кимберлитовую трубку — «жерло» в толще земной коры, которое служит как бы природной мастерской по производству драгоценного минерала. Трубке дали
символическое название «Зарница». Следом были открыты кимберлитовые трубки «Мир», «Айхал», «Интернациональная» и другие, и вскоре в Якутии началась промышленная добыча алмазов.
Алмазы заняли важное место в валютном цехе страны. Но главное — вначале тоненькой струйкой, а затем все более полноводным потоком отечественные природные алмазы стали питать бурно развивающуюся технику и промышленность. И тут произошло нечто парадоксальное. Вместо логически ожидаемого насыщения обнаружилась… острая нехватка технических алмазов! Когда технические алмазы ввозились из-за границы за бешеные деньги, претендовать на их использование и применение могли только «избранные», особо важные для страны предприятия. Теперь же алмаз потребовался решительно всем!
Очень скоро стало ясно, что алмазов для технических нужд страны не хватит, к тому же стоимость инструмента на природных камнях оставалась слишком высокой. Выход был один: научиться изготовлять алмазы самим!
И эта дерзкая задача была решена, причем в поразительно короткие сроки. Еще не остыли страсти, вызванные сенсационными сообщениями о якутских находках, как страну облетела новая весть: в 1961 году в честь XXII съезда КПСС выпуском первых двух тысяч каратов положено начало промышленному производству синтетических алмазов в СССР.
Это произошло в Киеве, в Институте сверхтвердых материалов.
3

Чтобы изготовить что-либо, прежде всего нужно знать, что именно. Но дело в том, что не только безграмотные купцы, завоеватели и кладоискатели — даже серьезные ученые долгие годы не знали, что такое алмаз. Сама огромная стоимость минерала уже становилась препятствием перед исследователями. Исключительное положение бриллианта среди других драгоценных камней делало невозможной даже для самых смелых умов мысль о том, что он обыкновенный углерод, одно из самых распространенных веществ в природе.
В самом деле, алмаз — редчайший на планете драгоценный минерал. Графит стоит копейки, его под ногами сколько угодно. Алмаз — самое твердое образование в природе, он «берет» что угодно, оцарапать же алмаз можно только другим алмазом. Графит, наоборот, один из самых мягких материалов. Он легко истирается, оставляя хорошо различимый след на обычной бумаге.
Алмаз прозрачен и блестящ, графит черен, как сажа, и непрозрачен. Различаются они и другими свойствами. Удельный вес графита —2,2, алмаза —3,5. Графит проводит электричество, алмаз — нет. Графит растворяется в кислотах, алмаз не поддается даже смеси соляной и азотной кислот, называемой почему-то «царской водкой».
Предположение о прямом родстве графита и алмаза высказал лишь в конце просвещенного XVIII века великий французский химик Антуан Лавуазье. В 1772 году в одном из парижских садов в присутствии большого скопления публики с помощью двояковыпуклой линзы он сжег кристалл алмаза. Двадцать лет спустя английский врач Теннант окончательно доказал химическое тождество графита и алмаза, то есть что оба минерала представляют собой чистый углерод — С.
Но место одной тайны заняла другая: что определяет различие столь непохожих родственников? Ответ был дан лишь в нашем, XX столетии: разительная несхожесть графита и алмаза определяется различием их кристаллических решеток; кубическая кристаллическая решетка алмаза образована 18 атомами углерода, расположенными так, что связи между ними чрезвычайно прочны.
Это был переломный момент в судьбе алмаза.
Познав главную тайну, ученые приступили к систематическому изучению его физических, химических и прочих свойств. Свойства эти оказались уникальными. Выяснилось, что слова «самый-самый» приложимы не только к твердости алмаза, но и к другим его качествам. У него самый низкий коэффициент теплового расширения, самый низкий — истираемости, наивысший — преломляемости и стойкости к износу.
Он обладает очень высокой теплопроводностью и в то же время (это парадокс) очень низким тепловым расширением. Из всех известных материалов у него наивысший модуль упругости.
Уже не только ювелиры, а ученые и инженеры оказались в плену у короля минералов. Особенно после того, как точные исследования подтвердили: твердость алмаза неизмеримо выше, чем у закаленной, высоколегированной стали и даже у металлокерамических сплавов и абразивных материалов. Все мельчайшие алмазные осколки, все, что не годилось для огранения в бриллианты, теперь с жадностью поглощалось техникой и промышленностью. Инструменты из природных алмазов стоили чрезвычайно дорого, они были по карману только самым крупным фирмам и все-таки шли нарасхват, потому что с лихвой окупали себя.
Алмазный инструмент был не только выгоднее обычного. Выяснилось, что в некоторых отраслях новой техники без него вообще невозможно обойтись. Оставалось одно: обойти скупость природы, иначе говоря, изготовить алмаз искусственным путем.

4
Теоретически все было ясно: нужно воспроизвести те условия, которые порождают алмазы в природе.
В естественных условиях «мастерская» по производству алмазов, как рассчитали ученые, находится в земной коре на глубине 200—300 километров от поверхности. Здесь царство чудовищных давлений — до 200 тысяч атмосфер и высоких температур — свыше 2 500 градусов. Только такое сочетание способно перестроить одну комбинацию атомов углерода в другую, то есть превратить графит в алмаз.
Не один десяток лет ученые пытались создать алмаз лабораторным путем. Это стало технике по плечу лишь в середине XX века.
Теорию синтеза алмазов разработал советский физик О. И. Лейпунский в 1939 году. Он первым сформулировал необходимость объединения в одной установке трех элементов, обеспечивающих этот синтез: давления, температуры и реакционной среды, содержащей углерод. На теорию Лейпунского, получившего диплом на это открытие, опирались в последующем ученые не только нашей страны, но и США, Англии, Германии, Швеции, Японии.
В Советском Союзе многолетние упорные работы по синтезу алмаза велись в Институте физики высоких давлений Академии наук СССР под руководством академика Л. Ф. Верещагина. Именно здесь усилиями коллектива ученых была разработана лабораторная установка, на которой и был, наконец, получен первый синтетический алмаз. Произошло это в 1960 году.
А дальше случилось то, во что с трудом верится даже в наш век стремительного научно-технического прогресса. А именно: путь от уникального лабораторного эксперимента до создания целой новой отрасли промышленности занял буквально считанные месяцы!
Такого мировая практика не знала. Получив от москвичей лабораторный метод и аппаратуру, киевляне на этой основе уже в 1961 году разработали промышленную технологию и высокопроизводительное оборудование по изготовлению синтетических алмазов. Это позволило Институту сверхтвердых материалов в весьма короткие сроки организовать промышленный выпуск алмазов и алмазного инструмента и приступить к широкому их внедрению в народное хозяйство Советского Союза.
Как известно, чудес на свете не бывает. Вернее, каждое чудо имеет, непременно должно иметь вполне рациональное объяснение и обоснование. К «чуду», которое было совершено, Бакуль и возглавляемый им коллектив готовились тридцать лет.

5
— Нет, нет, только не называйте наши алмазы искусственными! — со свойственной ему экспансивностью говорит Бакуль.
— Почему?
— Потому что слово «искусственный» означает эрзац, более или менее удачную подделку. Скажем, искусственная кожа не имеет ничего общего с кожей натуральной; это заменитель, обладающий некоторыми свойствами подлинника. Или поддельный жемчуг: это всего лишь стеклянные шарики, особым образом окрашенные. Наш же алмаз — настоящий! Ни по химическому составу, ни по структуре, ни по одному из физико-химических и прочих свойств он не отличается от природного. Те же самые восемнадцать атомов углерода. Да и создан он тем же способом, только не в недрах земли, а на ее поверхности.
— Тогда синтетический?
— Тоже не совсем точно. Синтеза, в химическом смысле слова, в процессе перестройки графита в алмаз не происходит. И то и другое является одним и тем же химическим элементом — углеродом.
— Может быть, рукотворный?
— Ну, это уж просто литературная красивость. Англичане, кстати, говорят примерно так: «Man maid diamond», то есть: «человеком сделанный алмаз», но в русском языке такая конструкция в качестве термина немыслима.
Понемногу впадаю в отчаяние. Бакуль довольно смеется, потом великодушно смягчается:
— Ладно. Можете пользоваться, как и наша промышленность, термином «алмаз синтетический», иначе АС, но помните, что это чистая условность. Алмаз — всегда настоящий, других не бывает.
Алмазы — главное дело всей жизни Бакуля; можно сказать, они его всепоглощающая страсть. Сейчас далее трудно представить, как складывался бы его дальнейший путь ученого и инженера, не будь этой встречи с драгоценным минералом в 1960 году. Повезло?
Конечно! Но, скажем прямо, повезло и алмазам, что они встретились с Бакулем. Везение — это случай, но случай — всегда форма проявления необходимости.
К своему «случаю», как уже было сказано, Бакуль готовился тридцать лет. С тех пор, как стал работать в Харькове.
Получить образование в те годы было не просто. Диплом инженера (а затем и кандидата наук) Бакуль получил, когда уже стоял во главе настоящего научного центра.
Характерно, что ученую степень доктора технических наук Бакулю присудили без защиты диссертации, после того, как ему было присвоено—за синтетические алмазы — звание Героя Социалистического Труда.
В начале тридцатых годов интересы Бакуля были сосредоточены в области механизации горных работ. Точнее, он занимался созданием коронок из твердых сплавов для бурильных станков. С ними было сущее мучение. Они неплохо работали, но из-за своей хрупкости то и дело ломались. Казалось неразрешимой задачей объединить в одном материале прочность обычной, быстро изнашиваемой стали и твердость новых сплавов, медленно изнашиваемых, но легко ломающихся при ударах. Бакуль нашел неожиданно простое, а потому вызвавшее бурю негодования в кругах некоторых специалистов решение: пожертвовать в какой-то допустимой степени запасом твердости сплава ради повышения его прочности до нужной величины. К счастью, нашлись люди, поверившие в плодотворность этой идеи, в том числе нарком тяжелой промышленности Серго Орджоникидзе и знаменитый металлург академик И. П. Бардин.
В Москве, на Калужской заставе, было устроено соревнование двух буров: лучшего по тем временам американского и отечественного, сделанного Бакулем и его коллегами. Бурили все, что можно было: от обычных пород до твердейшего шокшинского кварцита из Карелии. Фирма за трое суток сменила пятнадцать буров, Бакуль обошелся одним. К тому же его бур оказался вдвое производительнее…
Поиски новых твердых и сверхтвердых материалов разных свойств и назначений шли на многих предприятиях страны и по многим направлениям. Рождались новые идеи, создавалось новое оборудование и технология, накапливался опыт. Иначе говоря, закладывались предпосылки для решения «сверхзадачи» твердосплавщиков: получения алмаза искусственным путем.
Когда в 1960 году академик Л. Ф. Верещагин и его сотрудники впервые синтезировали алмаз в лабораторных условиях, в стране уже существовал научный коллектив, более других подготовленный к тому, чтобы дать новому, действительно сверхтвердому материалу путевку в большую жизнь.
Валентин Николаевич Бакуль — шумливый, громогласный, вспыльчивый, отходчивый, резкий, добродушный, умеющий и работать до полного изнеможения и веселиться от души. В характере его да, пожалуй, и во внешности есть что-то от запорожцев.
В то же время — это современный рациональный инженер-исследователь; его деловитости и организаторской хватке может позавидовать любой американский предприниматель.
Бакуль — ученый-практик. Он пришел в науку из производства и его насущными нуждами живет по сей день. Для него важен не только факт создания алмазов, но и то обстоятельство, что за последние десять лет их применение в нашей стране возросло почти в триста раз! На сей счет у него есть вполне четкая концепция.
— Как иногда работают ученые? Что-то открывают, разрабатывают, пишут затем диссертации, статьи. Потом кто-то это внедряет. От момента открытия до внедрения проходит в лучшем случае несколько лет. За это время открытие стареет. Это никуда не годится. Наши сотрудники работают иначе. Разрабатывая свои идеи, они параллельно, одновременно внедряют их на предприятиях! Ко дню, когда ученый получает авторское свидетельство на изобретение, оно
уже полным ходом используется, дает отдачу. Временной разрыв между открытием и внедрением у нас сведен к минимуму. По этой же причине мы не знаем, что такое бесполезные разработки.
Руководимый В. Н. Бакулем Институт сверхтвердых материалов (ИСМ) поддерживает постоянные деловые связи с восемью тысячами предприятий, организаций, научных и учебных заведений. Это не считая многих тысяч предприятий, пользующихся продукцией, разработками, технологией института.
Необычная продукция института теперь уже не техническая экзотика, а важный фактор научно-технического прогресса. Недаром в институте бытует поговорка, сложенная в его же стенах: «Был бездельником алмаз, теперь он трудится на нас!».
Еще как трудится! Достаточно сказать, что сейчас здесь выпускаются синтетические алмазы семи марок и инструменты четырехсот форм и трех тысяч типоразмеров.
Получение алмазов искусственным путем — лишь одно направление в создании сверхтвердых материалов, по сути дела, копирующее природу. Но есть и другое — получение материалов с комбинацией свойств, в естественном состоянии не встречающихся. Алмаз ведь тоже не во всем идеален — во всяком случае, с точки зрения всех потребностей современной техники и промышленности. Но овладение секретами производства алмазов проложило дорогу к созданию других сверхтвердых материалов со свойствами и их сочетаниями, заранее заданными людьми.
Так появился кубонит: уступая алмазу по твердости, он превосходит его по теплостойкости. Или новый, но уже знаменитый сверхтвердый материал, которому присвоено гордое наименование «Славутич» — так в древности называли Днепр. Славутич не уступает алмазу по своей стойкости к износам и превосходит его по прочности. К тому же из него можно изготовлять режущие инструменты практически любой формы и размера. Новым материалом оснащают долота для бурения глубинных скважин. Одно такое долото заменяет 30—40 обычных, что в среднем экономит 10 тысяч рублей!
Окрестив новый материал, Бакуль вскоре пережил вполне понятную досаду: в киевских магазинах появилась водка «Славутич» и сигареты «Славутич»! Но расстраивался он недолго: очередной гость института, промышленник из Америки, выпив на приеме рюмку превосходной водки и выкурив ароматную сигарету, с завистью спросил:
— Как вам удалось, мистер Бакуль, дать такую великолепную рекламу вашему Славутичу? У нас бы это стоило колоссальных денег…
Институт ежегодно организует конференции, семинары, школы передового опыта, в которых приняли участие тысячи специалистов со всех уголков страны. Подобные мероприятия сотрудники института регулярно проводят в других городах и областях, а также и за рубежом — в странах социалистического содружества. Этой же цели служит и постоянно действующая выставка «Синтетические алмазы и твердые сплавы в народном хозяйстве». Выставка, на которой представлено свыше 3 тысяч экспонатов, занимает девять этажей в главном корпусе института!
Выставка (она же музей предприятия) начинается с не очень-то старой фотографии: тихая деревенская улочка на Куреневке, дальнем тогда пригороде Киева. Сейчас на месте одноэтажных деревянных домишек выросли корпуса института. От сельской идиллии сохранилась (тут же, в музее) лишь синяя эмалированная табличка: «Бул. Вербна»…
Необъятна сфера применения синтетических алмазов, и прочих сверхтвёрдых материалов. В самом деле, развитие современной техники, в том числе атомной, ракетной, электронной, потребовало и новых конструктивных материалов, обладающих определенными качествами и свойствами: высокой прочностью, твердостью, жаростойкостью и т. п. Как правило, эти новые материалы плохо, а подчас и вовсе не поддаются обработке обычным инструментом. Для современной техники характерна также и высокая точность и чистота обработки деталей — до тысячных долей микрона.
Решить эти задачи без алмазного инструмента просто невозможно. Без алмазов сейчас немыслимы бурение глубоких скважин, обработка полупроводников, оптического стекла, кварца, керамических деталей, фарфора, рубинов, применяемых в приборостроении и лазерах.
Скажем, общеизвестно, как трудно сверлить отверстия в стекле или, тем более, кварце. Считается, что просверлить в этом материале отверстие, длина которого в пятьдесят раз превышала бы диаметр, технически невозможно. Но вот Бакуль показывает один из экспонатов музея: лист стекла толщиной в полсантиметра. В нем просверлено отверстие, диаметр которого — 2,5, а длина — 880 миллиметров! Соотношение диаметра и длины 1 : 350! Это чудо совершено с помощью алмазного сверла.
Один из самых твердых минералов на земле — кремний, который широко применяется в производстве полупроводников. Резать кремний обычным инструментом чрезвычайно трудно. Примененная для этого алмазная пила толщиной в 0,1 миллиметра позволила увеличить производительность труда на этой операции в триста раз! У меня на глазах кремниевый булыжник был развален пополам менее, чем за минуту.
Древнейший строительный материал — гранит. Но широкое применение гранита в строительстве было невозможно из-за трудности его обработки. Алмазная пила позволяет пилить гранит с той же легкостью, что обычная стальная — сухую сосну.
Применение алмазов увеличивает срок службы инструментов в несколько сот, а то и тысяч раз, повышает производительность труда в 10 — 100 раз, повышает чистоту обработки поверхности на два класса.
Бакуль любит повторять, что алмаз — настоящий рыцарь. Он работает тем лучше, чем труднее. Слабых алмаз не трогает; ему нужен достойный соперник. Об алмазный диск, входящий в кварцит, словно нож в масло, нельзя порезать руку — он тупой. И сотрудники института неутомимо подыскивают своему детищу работу по плечу.
Раскрываю комплект выпускаемого институтом сборника «Синтетические алмазы», выписываю: «Московский автозавод имени Ленинского комсомола. Применение алмазов увеличило производительность труда при окончательной обработке поршневых колец в 15 раз. Там же одним алмазным инструментом теперь обрабатывают 60—80 тысяч шеек коленчатых валов двигателей вместо 500, как ранее.
Город Газалкент (Ташкентская область), камнеобрабатывающий комбинат. Производительность обработки изделий из мрамора повышена в 2,5 раза, экономия за год —100 тысяч рублей.
Костополь, стекольный завод. Годовая экономия от внедрения алмазов превысила миллион рублей.
Елец, завод «Эльта». Алмазное шлифование экранов кинескопов телевизоров повысило производительность обработки в 2,5 раза при улучшении качества изделия.
Украина. Трест «Львовнефтеразведка». Одно долото, оснащенное Славутичем, при бурении на трех скважинах заменило 120 шарошечных долот.
Тюмень, завод медицинского оборудования. Благодаря внедрению алмазной заточки значительно улучшено качество инъекционных игл.
Алмазы, сделанные человеком.
Свердловск, «Уралмаш». Использование алмазов за шесть лет возросло в двадцать раз!»
Так работает сегодня король минералов. Но как же все-таки его делают?
Очень просто. На первом этаже музея-выставки Института сверхтвердых материалов стоит недвижимо, как часовой, персона в алом мундире, украшенном вместо орденов шкалами приборов и эмблемой ИСМ. У персоны — усы, очень похожие, уж не знаю, случайно или нет, на усы Бакуля. Это первый в мире робот, умеющий производить синтетические алмазы. В правой ладони робота — металлические матрицы с щепоткой реакционной смеси.
Лаборант Павел Темченко нажимает кнопку. По залу разносится утробное: «Я — робот…» Неторопливо, размеренно робот поднимает руку ко «рту», вкладывает матрицы в «зубы» и сжимает челюсти с усилием в сто тысяч килограммов (вот уж кому палец в рот класть не рекомендуется!). Стрелка другого прибора показывает, что температура там, внутри, не
сколько тысяч градусов. Проходит полминуты, ровно столько же длится произносимая тем же утробным гласом мини-лекция о том, как в соседних цехах, на таких же установках, но уже не замаскированных под «механическую персону», изготовляются алмазы…
Щелчок, гаснут лампочки, стрелки приборов отскакивают к нулям. Робот опускает руку к груди. Лаборант разнимает матрицы, вынимает комок спекшейся смеси и разбивает его молоточком.
На изломе ослепительно вспыхивают всеми цветами радуги алмазы… Искусственные? Синтетические?
Рукотворные?
Настоящие!

Журнал Юность № 6 июнь 1973 г.

Оптимизация статьи — промышленный портал Мурманской области

Share and Enjoy:
  • StumbleUpon
  • Facebook
  • Yahoo! Buzz
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • MySpace

Запись опубликована в рубрике Наука. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

тринадцать + шесть =