Úvod
Diamant stojí osamoceně na vrcholu Mohsovy stupnice tvrdosti — dokonalá desítka. Žádný přírodní materiál ho nedokáže poškrábat. Tato skutečnost je tak všeobecně známá, že se stala synonymem nezničitelnosti: diamanty jsou věčné, diamanty jsou nerozbitné, diamanty jsou nejodolnější věcí na světě.
První dvě tvrzení jsou diskutabilní. Třetí je prostě mylné.
Tvrdost a houževnatost jsou odlišné fyzikální vlastnosti a jejich záměna je jedním z nejčastějších omylů ve světě drahých kamenů. Diamant odolává poškrábání lépe než jakýkoli jiný minerál, ale rozhodně se může odštípnout, prasknout nebo se rozštěpit na dvě části dobře mířeným úderem. Pochopení tohoto rozdílu je důležité — ovlivňuje způsob broušení diamantů, způsob jejich zasazení i to, jak opatrně je třeba je nosit.
Tento článek vysvětluje, co tvrdost ve skutečnosti měří, proč je houževnatost samostatnou vlastností a co obě vlastnosti znamenají pro každého, kdo diamant kupuje nebo nosí. Pozadí krystalové struktury, která diamantu tyto vlastnosti propůjčuje, najdete v článku Krystalová struktura diamantu.
Klíčové body
Co znamená tvrdost
Tvrdost v gemologii a mineralogii představuje odolnost proti poškrábání — schopnost povrchu materiálu odolat vytlačení tvrdším předmětem taženým po jeho povrchu. Jedná se o povrchovou vlastnost. Mohsova stupnice, kterou v roce 1812 navrhl Friedrich Mohs, řadí deset referenčních minerálů podle jejich schopnosti vzájemně se škrábat:
- Mastek
- Sádrovec
- Kalcit
- Fluorit
- Apatit
- Ortoklas (živec)
- Křemen
- Topaz
- Korund (rubín, safír)
- Diamant
Stupnice je ordinální, nikoli lineární. Rozdíl mezi jednotlivými stupni není rovnoměrný. Skok od korundu (9) k diamantu (10) je daleko větší než jakýkoli jiný krok na stupnici. Na absolutní stupnici tvrdosti měřené vnikacími zkouškami (Vickers nebo Knoop) je diamant přibližně čtyřikrát tvrdší než korund. Tento jednobodový rozdíl na Mohsově stupnici skrývá obrovský reálný rozdíl.
Co to znamená v praxi: žádný přírodní materiál a jen velmi málo syntetických materiálů dokáže poškrábat diamant. Diamant může být poškrábán pouze jiným diamantem (nebo určitými uměle vytvořenými materiály, jako je nitrid boru za specifických podmínek). Proto zůstává diamant standardním brusivem pro řezání a leštění drahých kamenů — včetně jiných diamantů.
Co znamená houževnatost
Houževnatost je odolnost proti lomu — schopnost materiálu absorbovat energii z úderu, aniž by se rozbil. Zatímco tvrdost se týká odolnosti povrchu, houževnatost se týká strukturální odolnosti. Houževnatý materiál se může deformovat nebo absorbovat úder, aniž by prasknul. Tvrdý, ale křehký materiál odolává povrchovému poškození, ale při správném typu namáhání se roztříští.
Diamant je tvrdý, ale jen středně houževnatý. Na srovnávací stupnici je nefrit (žadeitu typu nefrit) výrazně houževnatější než diamant, přestože je daleko měkčí. Vláknitá krystalová struktura nefritu, tvořená vzájemně propletenými vlákny, absorbuje energii úderu tím, že ji rozkládá mezi miliony drobných provázaných vláken. Rigidní, směrové vazby diamantu fungují opačně — účinně přenášejí sílu podél specifických krystalografických rovin, a pokud tato síla překročí pevnost vazeb v rovině štěpnosti, krystal se rozštěpí.
Nejde o vadu. Je to důsledek atomové architektury diamantu. Stejné sp3 vazby uhlíku, které činí diamant mimořádně tvrdým, mu také umožňují čistě se štěpit podél definovaných směrů. Tvrdost a křehkost mají v případě diamantu stejný strukturální původ.
Štěpnost — definovaná slabina diamantu
Diamant se štěpí podél svých čtyř oktaedrických rovin {111} — stejných rovin, které tvoří stěny oktaedrického krystalu. V těchto směrech je hustota vazeb uhlík-uhlík protínajících rovinu nižší než v jiných orientacích. Působí-li kolmo na jednu z těchto rovin dostatečná síla, krystal se čistě oddělí.
Štěpnost není náhodný lom. Je to přesná, směrová vlastnost. Brusič diamantů může umístit čepel podél roviny štěpnosti a rozdělit surový kámen jediným kontrolovaným úderem. Tato technika byla po staletí hlavní metodou dělení surových diamantů, než se rozšířilo mechanické řezání. Dodnes se používá pro specifické účely — například odstranění inkluze blízko povrchu nebo rozdělení nepravidelně tvarovaného surového krystalu.
Pro nositele diamantů znamená štěpnost zranitelnost v konkrétních bodech. Ostrý úder do tenké hrany, špičatého hrotu nebo nožovité rundisty může iniciovat štěpnost podél jedné ze čtyř rovin {111}. Výsledkem je odštípnutí — malý plochý lom sledující směr štěpnosti — nebo v extrémních případech úplné prasknutí kamene.
Směrová tvrdost — v některých směrech tvrdší než v jiných
Tvrdost diamantu není rovnoměrná. Liší se podle krystalografického směru — tato vlastnost se nazývá anizotropie tvrdosti. Kámen je o něco tvrdší při měření kolmo na oktaedrické plochy {111} a o něco měkčí rovnoběžně s nimi. Rozdíl je měřitelný: zkoušky tvrdosti podle Knoopa ukazují hodnoty v rozmezí přibližně 5 700 až 10 400 kg/mm2 v závislosti na směru a testované krystalové ploše.
Tato anizotropie není čistě akademická záležitost. Je důvodem, proč leštění diamantu vůbec funguje. Když brusič přiloží kámen k rotujícímu litinovému kotouči (scaife) s diamantovým práškem, kotouč dokáže odebírat materiál pouze tehdy, pokud působí ve směru, kde je kámen relativně měkčí než brusné částice. Pokud brusič natočí kámen tak, aby jeho nejtvrdší směr směřoval ke kotouči, leštění se fakticky zastaví. Zkušení brusiči se naučí číst zrno každého kamene a přizpůsobit svůj postup.
To je také důvod, proč určité přechody faset na hotovém diamantu mohou při zvětšení vykazovat jemné stopy po leštění nebo vlečné linie — brusič narazil na tvrdší směr zrna uprostřed fasety. Moderní leštící techniky a vybavení tento problém omezily, ale zůstává faktorem při hodnocení kvality leštění.
Lom vs. štěpnost
Ne všechny praskliny v diamantu sledují roviny štěpnosti. Když se diamant zlomí ve směru, který neodpovídá rovinám {111}, vzniká lasturnatý lom — nepravidelná, zakřivená lomová plocha podobná tomu, co vidíte na rozbitém skle. Lasturnatý lom je u diamantu méně častý než štěpnost, protože roviny štěpnosti jsou dobře definované a preferenční, ale vyskytuje se při vysokoenergetických nárazech nebo když síla působí ve směrech mezi rovinami štěpnosti.
Tento rozdíl je důležitý pro posouzení. Odštípnutí podél roviny štěpnosti má plochý, stupňovitý povrch. Lasturnatý lom má zakřivený, mušlovitý povrch. Obojí představuje poškození, ale prasklina podél roviny štěpnosti se s větší pravděpodobností rozšíří, pokud je kámen znovu zasažen ve stejném směru, protože obnažená plocha štěpnosti poskytuje připravený výchozí bod pro další štěpení.
Rizika odštípnutí při běžném nošení
Diamanty ve špercích čelí reálným nárazům: klepnutí prstenu o zárubeň dveří, pád náušnice na kachlovou podlahu, zachycení přívěsku o zip. Zda tyto příhody způsobí poškození, závisí na několika faktorech:
Kam úder dopadne. Nejzranitelnější jsou tenké oblasti. Nožovitá rundista — rundista vyleštěná do extrémně tenké hrany — koncentruje sílu nárazu do jediné linie a je nejnáchylnějším prvkem hotového diamantu k odštípnutí. Ostré špičky markýzy, hrušky a srdce jsou obdobně ohroženy. Tenounká hrana na špičce má minimální množství materiálu k absorpci síly.
Směr úderu. Úder ve směru roviny štěpnosti je daleko nebezpečnější než ten, který dopadá na kámen pod šikmým úhlem ke všem čtyřem rovinám {111}. To je částečně důvod, proč jsou kulaté brilianty, které nemají obnažené špičky a obvykle mají střední až mírně silnou rundistu, v praxi nejodolnějším tvarem.
Přítomnost existujících inkluzí. Inkluze v blízkosti rundisty nebo povrchová trhlina může působit jako koncentrátor napětí. Při nárazu se prasklina může šířit od inkluze podél roviny štěpnosti a proměnit drobnou vadu ve viditelné odštípnutí.
Design zasazení. Zasazení je první linií obrany. Krapnové zasazení, které pevně drží rundistu, aniž by vytvářelo tlakové body, chrání lépe než uvolněné nebo špatně umístěné krapy. V-krapy nebo lunety na špičatých hrotech chrání nejzranitelnější místa. Kanálové a lunetové zasazení, které zcela obklopují rundistu, nabízejí nejvyšší úroveň fyzické ochrany.
Praktická doporučení
- Kulatý briliant — nejodolnější tvar vůči odštípnutí díky souvislé zakřivené rundistě a absenci ostrých špiček. Střední rundista poskytuje dobrou ochranu bez skrývání nadměrné hmotnosti.
- Markýza, hruška, srdce — chraňte ostré špičky V-krapy nebo částečnými lunetami. Vyhněte se nošení těchto tvarů při manuální práci.
- Smaragdový a Asscher brus — stupňovitě broušené rohy jsou méně zranitelné než špičky, ale otevřená tabulka činí vnitřní prvky viditelnějšími. Zkosené rohy smaragdového brusu již samy o sobě snižují riziko odštípnutí.
- Princess — čtyři ostré, nechráněné rohy jsou prvkem s nejvyšším rizikem odštípnutí ze všech standardních tvarů. V-krapy na všech čtyřech rozích jsou nezbytné.
- Tloušťka rundisty — vyhněte se extrémně tenkým (nožovitým) rundistám. Tenká až střední rundista vyvažuje ochranu a vzhled při pohledu shora.
- Sundávejte prsteny při aktivitách s vysokým rizikem nárazu. Zahradničení, cvičení v posilovně, domácí opravy — jakákoli činnost zahrnující tvrdé povrchy a náhlý kontakt zvyšuje riziko odštípnutí.
- Pojistěte významné kameny. I při opatrném nošení se nehody stávají. Pojištění poskytuje praktickou ochranu tam, kde fyzika nestačí.
Často kladené otázky
Může se diamant rozbít nebo odštípnout?
Ano. Diamant je nejtvrdší přírodní materiál (Mohs 10), což znamená, že ho nic nepoškrábe, ale může se odštípnout nebo rozštěpit podél svých čtyř rovin štěpnosti. Nejzranitelnějšími oblastmi jsou tenké hrany, ostré špičky a nožovité rundisty. Ostrý úder pod správným úhlem může způsobit poškození.
Jaký je rozdíl mezi tvrdostí a houževnatostí?
Tvrdost je odolnost proti poškrábání — povrchová vlastnost. Houževnatost je odolnost proti lomu — schopnost absorbovat náraz bez prasknutí. Diamant vyniká tvrdostí, ale je jen středně houževnatý. Nefrit je například daleko měkčí než diamant, ale výrazně houževnatější díky své propletené vláknité struktuře.
Které tvary diamantů jsou nejnáchylnější k odštípnutí?
Nejzranitelnější jsou tvary s ostrými, odhalenými špičkami. Brus princess (čtyři nechráněné rohy) nese nejvyšší riziko odštípnutí a měl by být vždy zasazen s V-krapy. Markýza, hruška a srdce mají špičaté hroty, které rovněž vyžadují ochranné zasazení. Kulaté brilianty jsou nejodolnějším tvarem vůči odštípnutí díky své souvislé zakřivené rundistě.
Měl/a bych si sundávat diamantový prsten při fyzických aktivitách?
Ano. Zahradničení, cvičení v posilovně, domácí opravy a jakákoli činnost zahrnující tvrdé povrchy zvyšují riziko odštípnutí. Přestože diamant odolává poškrábání, nárazové síly ve směru štěpnosti mohou způsobit odštípnutí, zejména u tenkých hran rundisty nebo v blízkosti existujících inkluzí.
Shrnutí
Mimořádná tvrdost diamantu — jeho bezkonkurenční odolnost proti poškrábání — je skutečná a pozoruhodná. Ale tvrdost není houževnatost a „nejtvrdší" neznamená „nejpevnější." Diamant se štěpí podél čtyř oktaedrických rovin, odštipuje se na tenkých hranách a špičatých hrotech a jeho tvrdost se liší v závislosti na krystalografickém směru. Nejsou to vady materiálu; jsou to důsledky téže atomové struktury, která činí diamant výjimečným. Jejich pochopení vám umožní zvolit tvary, zasazení a návyky při nošení, díky kterým bude diamant vypadat tak, jak má — tak dlouho, jak má.