Лучшие друзья инструментов

В Украине осталось еще достаточно мощностей, чтобы возродить отрасль, в которой мы в свое время были «впереди планеты всей», — производство синтетических алмазов

Не будет преувеличением сказать, что время от времени украинское общество переживает какую-нибудь из «драгоценных лихорадок»: золотую, серебряную и даже алмазную. Обычно лихорадка провоцируется отдельными представителями СМИ, которые раскручивают официально-сдержанный комментарий специалистов о потенциальных месторождениях металлов или камней. В целом этого добра в Украине якобы вдоволь, однако на его разработку нужны значительные капиталовложения. В намного меньших средствах нуждается  другая «драгоценная» отрасль, благодаря которой Украина еще не так давно считалась лидером на мировом рынке. Это производство искусственных алмазов.

Трудно поверить, но на земле украинской каждый год «добывалось» более 200 миллионов каратов! Для сравнения: сейчас мировая потребность составляет свыше 3 миллиардов каратов. Понятно, что «добывались» алмазы синтетические, производство которых по уникальной и самостоятельно разработанной технологии было налажено в 1961 году. Именно в Киеве в Институте сверхтвердых материалов АН Украины. Здесь под руководством его основателя и первого директора Валентина Бакуля были получены первые синтетические алмазы и положено начало промышленному производству алмазных инструментов. Это все создавалось практически с нуля, а Институт сверхтвердых материалов превратился в один из ведущих технологических  центров мира.

Спешить было куда, ведь в 1954 году в лаборатории американской General Electric успешно синтезировали алмаз из графита. Впрочем, пионерами в этом деле стали шведы, получившие в лаборатории компании АСЕА после эксперимента Эрика Лундблатта искусственный алмаз из графито-металлического сырья. На поток выпуск искусственных алмазов американцы поставили уже в 1957 году и соответственно получили возможность ускоренно увеличивать технологический отрыв от СССР. А искусственные алмазы — это электроника, оптика, медицина, машиностроение, строительство, горное дело и еще много отраслей. Да что там говорить, если сейчас в США и странах Старой Европы половина инструментов — изделия из режущей керамики и сверхтвердых материалов. В Украине эта цифра тоже не маленькая — до 30%.

Сейчас в США и странах Старой Европы половина инструментов — из режущей керамики и сверхтвердых материалов. В Украине эта цифра тоже не маленькая — до 30%.

Промышленная технология производства алмазов в Украине считается одной из самых дешевых и рациональных в мире.

Промышленная технология производства алмазов в Украине считается одной из самых дешевых и рациональных в мире. Кристаллизационные камеры (основа прессов высокого давления) состоят только из двух пуансонов, в отличие от намного более сложных и дорогих зарубежных аналогов. Да и вообще многие украинские технологии до сих пор считаются передовыми. Это, в частности, разработанные в Институте сверхтвердых материалов типы связок кристаллов, скрепляющих алмазные зерна. Даже больше: наши искусственные алмазы и производные из них за десять лет выпуска заняли большую нишу среди мировых потребителей, поэтому многие технологические процессы «заточены» именно под них, например, в автомобильной промышленности Японии.

Из пяти основных предприятий отрасли в государственной собственности осталось только одно. Дрогобычский завод буровых долот контролирует российская группа «Волгабурмаш». Владелец знаменитого Бориславского завода искусственных алмазов и алмазных инструментов — компания «Союз-М», тоже российская. Львовский завод «Алмазинструмент», контролируемый украинским капиталом — компанией «Мегапром», пока не может быть крупным игроком рынка. Самым большим приобретением частного капитала стал Полтавский алмазный завод, разделенный на два предприятия: одно синтезирует алмазы, другое занимается изготовлением инструментов. Первое попало в собственность одного из подразделений знаменитого De Beers и поставляет сырье в… Ирландию. Следует отметить, что синтетические алмазы советского производства долгое время были головной болью для De Beers. Есть сведения о договоренности, якобы достигнутой с правительством СССР. Иностранцы согласились покупать якутские алмазы по завышенным ценам в обмен на ограничение экспорта искусственных алмазов.

Таким образом, единственным государственным активом отрасли, на который можно возлагать надежды о ее возрождении, остается собственно Институт сверхтвердых материалов и созданный на его базе концерн «Алкон». Впрочем, и здесь все не так просто — из-за статуса государственного научного учреждения у «Алкона» ограниченные возможности для привлечения средств, необходимых для организации широкомасштабного производства. Единственный выход — создание технопарка на базе научно-производственного предприятия. Вариант беспроигрышный, ведь наполнение мирового рынка синтетическими алмазами и алмазными инструментами недостаточно, поэтому и 60 миллионов каратов, выпускаемых ежегодно украинскими заводами, — это ничтожно мало, особенно по сравнению с 200 миллионами в советские времена. Тем более, что себестоимость изготовленных по украинской технологии алмазов в 5—6 раз ниже зарубежных аналогов. Исключение — Китай, производящий более половины их общемирового объема. Правда, во многом благодаря украинским технологиям, заимствованным в начале 90-х годов прошлого века.

Процесс

Как рождаются алмазы

За более чем полвека, прошедших с после получения первых искусственных алмазов, технологии многократно совершенствовались, и сегодня есть несколько основных способов получения «лучших друзей инструментов».    

Метод получения алмазов — соединение высокой температуры с большим давлением, что создает условия, приближенные к тем, в каких формируются алмазы естественным путем. Простейшая установка для получения алмазов выглядит как мощный пресс со вставленным в него цилиндром. В прессе  происходит предварительное сжатие графита подаваемой туда водой — приблизительно 2—3 тыс. атм. Затем подается охладитель, снижающий температуру воды до минус 12°, — за счет этого давление увеличивается до 20 тыс. атм. После этого поступает мощный импульс электрического тока продолжительностью 0,3 сек. Лед размораживается.

Алмазы, полученные таким образом, преимущественно имеют грязноватый цвет, пористую структуру, тетраэдрическую форму кристаллов. Чаще всего они прочнее природных алмазов.

Второй способ — наращивание кристаллов алмаза в метановой среде. Кристалл настоящего алмаза нагревают до 1111° и обдувают метаном. Давление должно быть невысоким — только одна десятая технической атмосферы, чтобы предотвратить доступ кислорода. Таким образом постепенно алмаз наращивается — на его раскаленную поверхность добавляются атомы углерода в существующую кристаллическую решетку. В результате получаются черные кубические кристаллы, подобные по уровню твердости  природным. Фактически это чистый карбид, однако из-за твердости и алмазного «предка» он называется алмазом.

Взрывной способ используется для получения мелкой алмазной пыли, необходимой для производства точильных камней и абразивов. Применяют или взрывное вещество, или импульс электротока. Подогретый графит находится на так называемой «сковородке» в момент прохождения детонационной волны. Этим способом получается значительно больший процент продукции от количества графита, чем способом высокого давления. Кристаллы тетраэдрической формы, полученные таким образом, не имеют цвета, прозрачные и очень мелкие — 30—50 мкрн. Их прочность сравнима с природными алмазами.