Неоконченная история искусственных алмазов - [29]

Вторым успехом было нахождение той температуры, при которой атомы углерода должны перестроиться из графитного строя в алмазный. Ее удалось вычислить, можно сказать, вообще без математики. Лейпунский задался вопросом, который теперь (после него, как всегда!) покажется само собой разумеющимся: не будет ли графит превращаться в алмаз при той самой температуре, при которой алмаз полнее всего превращается в графит? Разве вода замерзает не при тех же условиях, при которых лед тает? Расчет подтвердил и это простейшее предположение; еще один пример простоты сложных вещей.

И вот на письменном столе Лейпунского появился график — диаграмма состояния углерода при различных давлениях и температурах. Кривые показывали: для превращения графита в алмаз нужно, кроме двухтысячеградусного жара, давление не меньше 60 — 70 тыс. атм. Лучше всего что-нибудь около 100 тыс… В сотни раз больше, чем могло быть у тех, кто пытался изготовить алмаз. И Лейпунскому пришлось заканчивать свои расчеты довольно грустными словами в их адрес:

«…Выяснилось прискорбное обстоятельство: все попытки изготовления алмаза были сделаны в условиях, при которых графит является более устойчивой твердой фазой, чем алмаз».

Более того: «Большинство описанных опытов было произведено в то время, когда еще даже не было ясно, что устойчивее в земных условиях — графит или алмаз».

Ни у Каразина, ни у Муассана, ни у Хрущова, ни у многочисленных их последователей и авторов патентованных технологий не могло быть ничего похожего на 100 тыс. атм. А у Крукса, который устраивал взрывы в стальной бомбе, высокое давление было слишком непродолжительным, а значит, слишком мала (хоть и не равна нулю — заметим это!) была вероятность попасть в цель, которая раскрывается только на доли секунды…

Ну, а что же все-таки было у всех тех, кто объявлял, что алмаз сделан?

Кое у кого была, наверное, заурядная фикция. Например, у господина Карабачека и его шефов из «ИГ Фарбен». А честные ученые в конце XIX и начале XX в. — у них просто не было еще средств для точного определения вещества в тех микроскопических дозах, в которых они добывали свои кристаллы.

Чаще всего это были, очевидно, комбинации окислов и карбидов — титана, алюминия, кремния. И титан, и алюминий, и кремний обязательно присутствовали в исходных материалах или в самой аппаратуре исследователей. Комбинация окислов и карбидов могла получаться такой, что у нее оказывались «подходящими к алмазу» и удельный вес, и твердость (примерно как у корунда). И при сжигании карбидов получался углерод. Почти чистый…

Вот как было сказано об этом в 1939 г. у Лейпунского:

«…Чтобы быть уверенным в получении алмаза, кристаллизацию необходимо производить:

   1)  при таких давлениях, когда алмаз является более устойчивой фазой, чем графит;

   2)  при достаточно малых скоростях, чтобы не проявились преимущества графита как кинетически более вероятной фазы;

   3)  при таких температурах, когда возможны перестройки в кристаллической решетке, чтобы в случае образования графита последний мог перейти в алмаз.

Перестройки в решетке алмаза начинаются с 1700 — 1800°, и при этой температуре нет оснований ожидать, что решетка графита будет устойчивее. Поэтому температура в 2000° К является минимальной для получения алмаза из графита в твердой фазе, причем опыт должен производиться при таком давлении, когда алмаз при этой температуре устойчивее графита, т. е. при давлении порядка 60 000 ат.

Техника высоких давлений в настоящее время позволяет поддерживать в течение длительного времени давление 50 000 ат… Дальнейшее увеличение этого предела до 60 000 — 70 000 ат, по-видимому, осуществимо, хотя оно потребует очень большого труда при подборе соответствующих твердых сплавов. Нагрев графитовой массы до 2000° при большом давлении представляет меньшие трудности и может быть осуществлен изнутри. Но все же опыт при 60 000 — 70 000 ат является опытом будущего, хотя, может быть, и весьма недалекого.

Давление, необходимое для кристаллизации алмаза в области его устойчивости, может быть уменьшено, если удастся понизить температуру, при которой возможна кристаллизация. Известно, что наличие среды, являющейся растворителем для твердой фазы или вступающей с ней в нестойкие химические соединения, может значительно облегчить рекристаллизацию…

С принципиальной точки зрения, в железе можно выкристаллизовать алмазы (или вызвать рост внесенной затравки) при температуре 1500 — 1700° К, для чего потребуется давление порядка 45 000-50 000 ат.

Такой опыт находится в пределах возможностей техники сегодняшнего дня…

Алмаз может оказаться устойчивее графита и при небольших давлениях, если поверхностная энергия алмаза меньше поверхностной энергии графита. При этом условии для кристаллов очень малых размеров суммарная (т. е. объемная + поверхностная) энергия алмаза будет меньше, чем энергия графита, т. е. очень мелкие кристаллы алмаза будут устойчивее очень мелких кристаллов графита.

Однако эксперимент, в котором можно было бы реализовать это соотношение, следует проводить в условиях, когда исключена возможность рекристаллизации, а тогда ход кристаллизации будет определяться кинетическими соотношениями, а не термодинамическими…