Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Препринт / Техника сегодня
Начало сайта / Препринт / Техника сегодня

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Во главе двух академий

Как мы видим то, что видим

Крушение парадоксов

Парадоксы науки

Луи де Бройль. Революция в физике

Этюды о Вселенной

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Алмазный инструмент


Обработка алмазным инструментом

Рис. 1. Обработка алмазным инструментом: а) резание; б) шлифование; в) сверление

Алмазный инструмент (рис. 1) получил широкое распространение благодаря уникальным свойствам алмазов, закрепленных на его поверхности. Закрепление алмазов может осуществляться гальваническим способом, спеканием и прессованием. Материал посредством которого алмазы закрепляются на поверхности режущего инструмента называется связкой. Тип алмазов, их концентрация и свойства связки определяют ресурс и производительность инструмента.

Резание алмазным инструментом

Рис. 2. Резание алмазным инструментом
С – глубина заделки алмаза в связующий материал; Т – глубина погружения алмаза в обрабатываемый материал; З – зазор между связкой и материалом; v – направление движения инструмента.

При резании (рис. 2) алмазные зерна разрушаются, а связка истирается. Если связку выбрать слишком жесткой – она будет изнашиваться медленнее алмазов и будет происходить так называемое засаливание (падение производительности за счет недостаточной обнаженности алмазов). Если связку выбрать слишком мягкой – она будет изнашиваться быстрее алмазов и они будут выпадать из алмазоносного слоя не отработав свой ресурс. Таким образом, для поддержания режущей способности инструмента связка должна изнашиваться пропорционально износу алмазных зерен.

Для лучшего удаления разрушенного материала инструмент выполняют в виде сегментов (рис. 3).

Сегменты алмазного инструмента

Рис. 3. Сегменты алмазного инструмента: а) дисковая пила; б) шлифовальный круг; в) тросовая пила

Для обработки твердых материалов используют монокристаллы алмаза (рис. 4). Они обладают высокой изломостойкостью, обеспечивают малую поверхность трения и длительный срок работы инструмента. Поликристаллы дешевле монокристаллических зерен, поэтому их используют для обработки сравнительно мягких материалов.

Внешний вид кристаллов алмаза

Рис. 4. Внешний вид кристаллов алмаза:
а) монокристаллических; б), в) поликристаллических

Физические свойства

Алмаз – самое твердое из всех природных веществ. По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, абсолютная в 1000 раз превышает твердость кварца и в 150 раз – корунда. Максимальная твердость на гранях октаэдра, минимальная на гранях куба. Излом раковистый. Плотность чистого алмаза 3,511 г/см3. Блеск сильный, от алмазного до жирного.

Алмаз прилипает к некоторым жировым смесям, на этом основан получивший наибольшее распространение жировой способ извлечения алмазов на обогатительных фабриках.

На воздухе алмаз сгорает при 850°C с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1500°C переходит в графит.

Морфология

Алмаз кристаллизуется в кубической системе (сингонии). Атомы углерода находятся в нем по узлам двух кубических решеток с центрированными гранями, очень плотно вставленных одна в другую (а = 3,5595 А). Кристаллы алмаза представляют собой гигантские полимерные молекулы и обычно имеют форму октаэдров, ромбододекаэдров, реже – кубов или тетраэдров (рис. 5а). Часты двойники и сростки нескольких кристаллов, характерны выпуклые грани и криволинейные ребра (рис. 5б). Грани кристаллов обычно покрыты фигурами роста или растворения в виде выступов или углублений различной формы.

Геометрия кристаллов алмаза

Геометрия кристаллов алмаза

Рис. 5. Геометрия кристаллов алмаза: а) виды решеток; б) внешний вид кристаллов

Наблюдаются также радиально-лучистые, волокнистые, скорлуповатые или тонкозернистые агрегаты:

Химический состав

Алмаз состоит из чистого углерода, но обычно содержит небольшие примеси различных химических элементов, входящих в кристаллическую структуру или в состав включений других минералов.

Условия образования и нахождения алмазов

Предполагается, что алмаз кристаллизуется одним из первых минералов при остывании мантийного силикатного расплава на глубине 150...200 км при давлении 5000 МПа, а затем выносится к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15...20% которых содержит алмаз. Имеется и другая точка зрения, согласно которой алмаз кристаллизуется на относительно небольшой глубине за счет диссоциации или частичного окисления метана в газовой системе C-H-O-S при температуре свыше 1000 C и давлении 100...500 МПа.

Алмазы встречаются также в глубинных породах-эклогитах и некоторых глубокометаморфизованных гранатовых гнейсах. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах (уреилиты), а также в гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза.

Мировое потребление и цены

Технические алмазы, используемые как абразивы, стоят от 3 до 12 долл. за карат; синтетические – около 2 долл. за карат. Мировое потребление технических алмазов составляет 250 млн карат или 50 т, из них около 70% синтетических. Технические алмазы используются в алмазных буровых коронках, пилах, резцах, фильерах для вытягивания проволоки, для изготовления полировальных порошков и паст, а также в оптической и электронной промышленности как полупроводники, датчики в счетчиках ядерных частиц, как вещество с теплопроводностью выше, чем у меди, прозрачное для широкого диапазона длин волн.

Синтез алмазов

Первые искусственные алмазы получили в Швеции в 1953 г. Алмазы синтезируют при температуре 1200...2000°C и давлении 1000...5000 МПа из порошка графита, смешанного с порошкообразным железом, никелем, хромом и др. металлами. Кристаллизуются алмазы за счет того, что расплав при высоких давлениях не досыщен по отношению к графиту и пересыщен – по отношению к алмазам. Ежегодно в мире синтезируется около 40...50 т мелкокристаллических алмазов, используемых для получения абразивных порошков. Полученные таким путем ювелирные алмазы значительно дороже природных.

Имитация алмазов

Для имитации алмазов используется бесцветный циркон, синтетический рутил, титанат стронция, синтетические бесцветные шпинель и корунд, алмазные дублеты и свинцовое стекло; а также синтетические иттрий-алюминиевый гранат, гадолиний-галлиевый гранат и кубический оксид циркония. Все эти соединения мягче алмаза, не обладают характерной голубой люминесценцией, отличаются по показателю преломления. Облучение алмазов в ядерных реакторах позволяет превращать бесцветные или желтые камни в более дорогие зеленые и голубые.

Диагностика алмазов

Эффективная диагностика и имитация алмазов проводится «алмазным щупом», действие которого основано на определении уникальной теплопроводности алмаза, превышающей теплопроводность серебра и меди: при этом возможна проверка даже очень мелких камней, закрепленных в глубокой оправе. Используется также «алмазный карандаш», заправленный специальными чернилами, оставляющими на поверхности хорошо смачивающегося жиром алмаза сплошную черту, тогда как на имитациях чернила собираются в отдельные капельки. Чистота абразивных порошков из алмазов проверяется рентгеновским и люминесцентным методами; синтетические порошки обычно обладают магнитными свойствами, выявляемыми мощными магнитами или электромагнитами.

 

Дата публикации:

14 октября 2002 года

Электронная версия:

© НиТ. Препринт, 1997

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2016
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика