diamant Natural

11.3.1 diamant natural

pietrele de diamant înfrățite numite maacles apar, de asemenea, în mod regulat în natură. Acestea sunt de obicei triunghiulare în formă. Zona înfrățită în centrul triunghiului este cea mai rezistentă la uzură suprafață cunoscută. Maacles sunt utilizate pentru ascuțirea dălților, precum și pentru armături în cele mai solicitante aplicații de tip rolă.granulele abrazive cu diamante naturale provin din cristale considerate nepotrivite pentru bijuterii, având defecte, incluziuni și defecte. Înainte de utilizare, diamantul este zdrobit și filtrat printr-o serie de plase de plasă. Fragmentele obținute au forme aleatorii, muchii ascuțite de tăiere și rezistență ridicată sau friabilitate scăzută. Ele sunt lipite în legături metalice sau galvanizate. Culoarea galbenă caracteristică se datorează atomilor de azot dispersați în rețea. Forma blocata a diamantului monocristalin sintetic contrasteaza cu forma foarte neregulata a diamantului natural generat de strivire.

diamantele naturale au fost exploatate în India din 800 î.hr. Din punct de vedere chimic, diamantul este o formă alotropă de carbon într-un sistem cubic, cu impurități de SiO2, MgO, FeO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, grafit etc. În aer, diamant începe de oxidare la 800°C–900°C (1500°C−De 1700°F) și graphitizes la 1.000°C− De 1100°C (De 1.900°C–De 2.000°F). Diamantul este rezistent la acizi și baze, dar se dizolvă în Nitre de sodă topită. Diamantul are o conductivitate termică ridicată (2.092 W m−1 inkt K−1) și o conductivitate electrică scăzută.forma cristalelor poate fi octaedrică, dodecaedrică sau hexaedrică. Diamantul are o scindare foarte bună paralelă cu direcția fețelor octaedrului.

diamantele pot fi folosite ca diamante brute, diamante tăiate și lustruite și diamante pentru unelte de găurit. Diamantele brute sunt folosite pentru îmbrăcarea uneltelor, diamantele tăiate și lustruite sunt folosite pentru sculele de honuire.

diamantul deține un loc unic în industria abrazivelor. Fiind cel mai greu material cunoscut, nu este doar alegerea naturală pentru măcinarea celor mai grele și mai dificile materiale, ci este, de asemenea, singurul material care poate fi eficient adevărat și poate îmbrăca roți abrazive. Diamantul este singurul abraziv de roată care este încă obținut din surse naturale. Diamantul sintetic domină fabricarea roților, dar diamantul natural este preferat pentru îmbrăcarea instrumentelor și a rulourilor de formă. Materialele diamantate sunt, de asemenea, utilizate ca suprafețe de uzură pentru opriri finale și lame de odihnă pe polizoare fără centru. În aceste tipuri de aplicații, diamantul poate da de 20-50 de ori durata de viață a carburii.

diamantul este creat prin aplicarea unor temperaturi și presiuni extrem de ridicate la grafit. Astfel de condiții apar în mod natural la adâncimi de 250 km (120 mile) în mantaua superioară a suprafeței pământului sau în impacturi grele de meteorit. Diamantul este extras din țevi de kimberlit care sunt rămășița unor mici fisuri vulcanice de obicei de 2 până la 45 de metri (5 până la 150 de picioare) în diametru, unde magma s-a revărsat în trecut. Principalele țări producătoare includ Africa de Sud, Africa de Vest (Angola, Tanzania, Zair, Sierra Leone), America de Sud (Brazilia, Venezuela), India, Rusia (Munții Ural) Australia de Vest și, recent, Canada. Fiecare zonă și chiar fiecare țeavă individuală vor produce diamante cu caracteristici distincte. Costurile de producție sunt ridicate, în medie, 6 milioane kg (13 milioane lbs) de minereu trebuie prelucrate pentru a produce un kilogram (1 lb) de diamante. O mare parte din acest cost este susținută de cererea pentru comerțul cu bijuterii. De la Al Doilea Război Mondial, producția de diamant de calitate industrială a fost cu mult depășită de cerere. Acest lucru a stimulat dezvoltarea programelor de diamante sintetice inițiate la sfârșitul anilor 1940 și 1950.

forma stabilă de carbon la temperatura și presiunea camerei este grafitul care constă din atomi de carbon într-o structură stratificată. În interiorul stratului, atomii sunt poziționați într-un aranjament hexagonal cu o puternică legătură covalentă sp3. Cu toate acestea, lipirea între straturile de grafit este slabă. Diamantul este metastabil la temperatura și presiunea camerei și are un aranjament cubic de atomi cu legătură pură sp3covalentă. Există, de asemenea, un material intermediar numit wurtzite sau diamant hexagonal în care structura stratului hexagonal al grafitului a fost distorsionată deasupra și dedesubtul planurilor stratului, dar nu chiar la structura cubică completă. Materialul este totuși aproape la fel de dur ca forma cubică.

principalele planuri cristalografice ale diamantului sunt cubicul (100), dodecaedrul (011) și octaedrul (111). Ratele relative de creștere pe aceste planuri sunt guvernate de condițiile de temperatură și presiune, împreună cu mediul chimic atât în timpul creșterii, cât și, în cazul diamantului natural, în timpul unei posibile dizolvări în timpul călătoriei sale la suprafața Pământului. Aceasta, la rândul său, guvernează forma și morfologia pietrei.

conversia directă a grafitului în diamant necesită temperaturi de 2.200 XT (4.000 XT) și presiuni mai mari de 10,35 GPa (1,5 XT 106 psi). Crearea acestor Condiții a fost primul obstacol în calea producerii de diamante artificiale. General Electric a realizat-o prin inventarea unei garnituri de înaltă presiune/temperatură numită „centură” și a anunțat prima sinteză a diamantului în 1955. Oarecum spre supărarea lor, s-a anunțat apoi că o companie suedeză, ASEA, făcuse în secret diamante cu 2 ani în urmă folosind o presă mai complicată cu 6 nicovale. Compania suedeză, ASEA, nu anunțase acest lucru pentru că încercau să facă pietre prețioase și nu considerau micile pietre maro pe care le-au produs punctul culminant al programului lor. De Beers și-au anunțat capacitatea de a sintetiza diamante la scurt timp după GE în 1958.

cheia fabricării a fost descoperirea că un solvent metalic, cum ar fi nichelul sau cobaltul, ar putea reduce temperaturile și presiunile necesare la niveluri mai ușor de gestionat. Grafitul are o solubilitate mai mare în nichel decât diamantul, prin urmare, grafitul se dizolvă mai întâi în nichel și apoi diamantul precipită. La temperaturi mai ridicate, rata precipitațiilor este mai rapidă, iar numărul siturilor de nucleație este mai mare. Cele mai vechi diamante au fost cultivate rapid la temperaturi ridicate și au avut forme slabe, unghiulare, cu o structură de mozaic. Acest material a fost eliberat de General Electric sub denumirea comercială RVG XV pentru roți de șlefuit vitrificate cu rășină. Majoritatea brevetelor timpurii privind sinteza diamantelor au expirat acum, iar concurența din partea economiilor emergente a redus prețul până la 880 USD pe kg (400 USD/lb.) deși calitatea și coerența din unele surse sunt discutabile.

controlând condițiile de creștere, în special timpul și densitatea nucleației, este posibil să crească pietre de calitate mult mai înaltă, cu forme de cristal bine definite: cubic la temperatură scăzută, cubo-octaedric la temperaturi intermediare și octaedric la cele mai ridicate temperaturi.

forma caracteristică a pietrelor naturale de bună calitate este octaedrică, dar cea mai dură formă de piatră este cubo-octaedrică. Spre deosebire de natură, acest lucru poate fi cultivat în mod consecvent prin manipularea procesului de sinteză. Acest lucru a dus la o serie de clase de diamante sintetice, tipificate de seria MBG de la GE și seria PremaDia de la De Beers, care sunt abrazive la alegere pentru ferăstraie utilizate în industria pietrei și a construcțiilor și roți pentru șlefuirea sticlei.

calitatea și prețul abrazivului sunt guvernate de consistența formei și, de asemenea, de nivelul solventului prins în pietre. Deoarece majoritatea celor mai blocante abrazive sunt utilizate în legăturile metalice prelucrate la temperaturi ridicate, dilatarea termică diferențială a incluziunilor metalice din diamant poate duce la o rezistență redusă sau chiar la fractură. Alte aplicații necesită legături mai slabe de rășină fenolică sau poliamidă prelucrate la temperaturi mult mai scăzute și utilizează diamante mai unghiulare, mai puțin stabile termic. Prin urmare, producătorii de granulație își caracterizează întreaga gamă de grade de diamant prin rezistența la temperatura camerei (TI), rezistența termică după încălzire la, de exemplu, 1.000 centimetric c (1.800 CENTIMETRIC F) (TTI) și forma (blocky, sharp, sau mozaic). În gama medie, clasele ascuțite includ materiale naturale și sintetice zdrobite.

acoperirile cu diamante sunt comune. O gamă include straturi groase sau placări de nichel galvanizat, ni-p fără electroni și cupru sau argint la până la 60% în greutate. Acoperirile acționează ca chiuvete de căldură, crescând în același timp rezistența legăturii și împiedicând scăparea fragmentelor abrazive. Nichelul galvanizat, de exemplu, produce o suprafață țepoasă care oferă o ancoră excelentă pentru legăturile fenolice la măcinarea umedă. Legăturile de cupru și Argint sunt utilizate mai mult pentru măcinarea uscată, în special cu legăturile de poliamidă, unde conductivitatea termică mai mare depășește rezistența mai mică a stratului de acoperire.

acoperirea poate fi aplicată și la nivel de microni fie ca agent de umectare, fie ca strat pasiv pentru a reduce reactivitatea diamantului cu legătura particulară. Titanul este acoperit pe diamante utilizate în legături pe bază de nichel, cobalt sau fier pentru a limita grafitizarea diamantului în timp ce umezi suprafața diamantului. Cromul este acoperit pe diamante utilizate în legături pe bază de bronz pentru a spori legătura chimică și reactivitatea componentelor diamantului și legăturii.

pentru legăturile galvanizate, diamantele sunt gravate cu acid pentru a îndepărta orice noduli de suprafață ai solventului metalic care ar distorsiona potențialul electric de placare de pe suprafața roții, ducând la o placare neuniformă cu nichel sau chiar la formarea de noduli. Gravarea creează, de asemenea, o suprafață ușor mai aspră pentru a ajuta la lipirea mecanică.