Naturalny Diament

11.3.1 Naturalny Diament

bliźniacze kamienie diamentowe zwane maacles również występują regularnie w przyrodzie. Są to zazwyczaj trójkątne kształty. Strefa bliźniacza na środku trójkąta jest najbardziej odporną na zużycie powierzchnią. Maacles są używane do ostrzenia dłut, jak również do wzmocnień w najbardziej wymagających aplikacjach rolkowych.

Naturalne diamentowe ziarna ścierne pochodzą z kryształów uważanych za nieodpowiednie do biżuterii, mających wady, wtrącenia i wady. Przed użyciem diament jest kruszony i filtrowany przez szereg siatek siatkowych. Otrzymane fragmenty mają losowe kształty, ostre krawędzie tnące i wysoką wytrzymałość lub niską kruchość. Są one połączone w wiązania metalowe lub galwaniczne. Charakterystyczny żółty kolor wynika z atomów azotu rozproszonych w sieci. Bryłowy kształt syntetycznego diamentu monokrystalicznego kontrastuje z wysoce nieregularnym kształtem naturalnego piasku diamentowego generowanego przez kruszenie.

Naturalne Diamenty wydobywano w Indiach od 800 pne. Chemicznie diament jest alotropową formą węgla w układzie sześciennym, z zanieczyszczeniami SiO2, MgO, FeO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, grafitu itp. W powietrzu diament zaczyna utleniać się w temperaturze 800°C−900°C (1500°C− 1700°F) i grafituje w temperaturze 1000°C–1100°C (1900°c-2000°F). Diament jest odporny na kwasy i zasady, ale rozpuszcza się w topionym Nitrze sodowym. Diament ma wysoką przewodność cieplną (2092 W m-1°K-1) i niską przewodność elektryczną.

kształt kryształów może być ośmioboczny, dwunastoboczny lub sześcioboczny. Diament ma bardzo dobry dekolt równoległy do kierunku twarzy ośmiościanu.

Diamenty mogą być używane jako surowe diamenty, szlifowane i polerowane diamenty oraz diamenty do narzędzi wiertniczych. Surowe diamenty są używane do narzędzi opatrunkowych, szlifowane i polerowane diamenty są używane do honowania narzędzi.

Diament zajmuje wyjątkowe miejsce w branży materiałów ściernych. Będąc najtwardszym znanym materiałem, jest to nie tylko naturalny wybór do szlifowania najtwardszych i najtrudniejszych materiałów, ale jest to również jedyny materiał, który może skutecznie wiercić i ubierać ścierne koła. Diament jest jedynym ścierniwem do kół, które nadal jest pozyskiwane ze źródeł naturalnych. Syntetyczny diament dominuje w produkcji kół, ale naturalny diament jest preferowany do narzędzi opatrunkowych i rolek formujących. Materiały diamentowe są również stosowane jako powierzchnie zużywające się dla ograniczników końcowych i ostrzy roboczych na szlifierkach bezśrodkowych. W tego typu zastosowaniach diament może dać 20-50 razy żywotność węglika.

Diament powstaje w wyniku zastosowania ekstremalnie wysokich temperatur i ciśnienia do grafitu. Takie warunki występują naturalnie na głębokościach 250 km (120 mil) w górnym płaszczu powierzchni ziemi lub w ciężkich uderzeniach meteorytów. Diament wydobywany jest z rur Kimberlite, które są pozostałością małych szczelin wulkanicznych, Zwykle o średnicy od 2 do 45 metrów (5 do 150 stóp), w których Magma w przeszłości wypłynęła. Głównymi krajami produkującymi są Afryka Południowa, Afryka Zachodnia (Angola, Tanzania, Zair, Sierra Leone), Ameryka Południowa (Brazylia, Wenezuela), Indie, Rosja (góry Ural) Australia Zachodnia, a ostatnio Kanada. Każdy obszar, a nawet każda pojedyncza rura będzie produkować diamenty o różnych cechach. Koszty produkcji są wysokie, średnio 6 milionów kg (13 milionów funtów) rudy musi zostać przetworzone, aby wyprodukować ½ kg (1 lb) diamentów. Znaczna część tego kosztu jest wspierana przez popyt na handel biżuterią. Od II wojny światowej produkcja diamentów klasy przemysłowej została znacznie przewyższona popytem. To pobudziło rozwój syntetycznych programów diamentowych zapoczątkowanych w późnych latach 1940 i 1950.

stabilną formą węgla w temperaturze pokojowej i ciśnieniu jest grafit, który składa się z atomów węgla w warstwowej strukturze. W warstwie atomy są umieszczone w sześciokątnym układzie z silnym wiązaniem kowalencyjnym sp3. Jednak wiązanie między warstwami grafitu jest słabe. Diament jest metastabilny w temperaturze pokojowej i ciśnieniu i ma sześcienny układ atomów z czystym wiązaniem sp3cowalentnym. Istnieje również materiał pośredni o nazwie wurtzite lub sześciokątny diament, w którym sześciokątna struktura warstwy grafitu została zniekształcona powyżej i poniżej płaszczyzn warstwy, ale nie do końca do pełnej sześciennej struktury. Materiał jest jednak prawie tak twardy jak forma sześcienna.

głównymi płaszczyznami krystalograficznymi diamentu są sześcienny (100), dwunastościan (011) i ośmiościan (111). Względne tempo wzrostu na tych płaszczyznach jest regulowane przez Warunki temperatury i ciśnienia, wraz ze środowiskiem chemicznym zarówno podczas wzrostu, jak i, w przypadku naturalnego diamentu, podczas ewentualnego rozpuszczenia podczas jego podróży na powierzchnię ziemi. To z kolei reguluje kształt i morfologię kamienia.

bezpośrednia konwersja grafitu na diament wymaga temperatur 2200°C (4000°F) i ciśnień wyższych niż 10,35 GPa (1,5 × 106 psi). Stworzenie tych warunków było pierwszą przeszkodą w produkcji diamentów wykonanych przez człowieka. General Electric osiągnął to dzięki wynalezieniu uszczelki wysokociśnieniowej / temperaturowej zwanej „pasem” i ogłosił pierwszą syntezę diamentu w 1955 roku. Nieco ku ich rozczarowaniu ogłoszono, że szwedzka firma, ASEA, potajemnie wykonała diamenty 2 lata wcześniej za pomocą bardziej skomplikowanej Prasy 6-kowadłowej. Szwedzka firma ASEA nie ogłosiła tego faktu, ponieważ starała się produkować kamienie szlachetne i nie uznała małych brązowych kamieni, które wyprodukowała, za kulminację ich programu. De Beers ogłosił swoją zdolność do syntezy diamentów wkrótce po GE w 1958 roku.

kluczem do produkcji było odkrycie, że rozpuszczalnik metalowy, taki jak nikiel lub kobalt, może obniżyć temperaturę i ciśnienie wymagane do łatwiejszego zarządzania poziomami. Grafit ma wyższą rozpuszczalność w niklu niż diament, dlatego grafit najpierw rozpuszcza się w niklu, a następnie wytrąca się diament. W wyższych temperaturach szybkość opadów jest szybsza, a liczba miejsc zarodkowania większa. Najwcześniejsze diamenty były szybko uprawiane w wysokich temperaturach i miały słabe, kanciaste kształty o strukturze mozaiki. Materiał ten został wydany przez General Electric pod nazwą handlową RVG® dla ściernic Zeszklonych żywicą. Większość wczesnych patentów na syntezę diamentów wygasła, a konkurencja ze strony gospodarek wschodzących obniżyła cenę do zaledwie 880 USD za kg (400 USD / lb).), chociaż jakość i spójność z niektórych źródeł jest wątpliwa.

kontrolując warunki wzrostu, zwłaszcza czas i gęstość zarodkowania, możliwe jest wyhodowanie kamieni o znacznie wyższej jakości o dobrze zdefiniowanych formach krystalicznych: sześcienny w niskiej temperaturze, Kubo-ośmiościan w temperaturach pośrednich i ośmiościan w najwyższych temperaturach.

charakterystyczny kształt dobrej jakości kamieni naturalnych jest ośmiościan, ale najtwardszy kształt kamienia jest cubo-ośmiościan. W przeciwieństwie do natury, może być uprawiana konsekwentnie przez manipulację procesem syntezy. Doprowadziło to do powstania szeregu syntetycznych gatunków diamentów, typowych dla serii MBG® firmy GE i serii PremaDia® firmy de Beers, które są materiałami ściernymi wybieranymi do pił stosowanych w przemyśle kamieniarskim i budowlanym oraz kół do szlifowania szkła.

jakość i cena ścierniwa zależy od konsystencji kształtu, a także od poziomu uwięzionego rozpuszczalnika w kamieniach. Ponieważ większość najbardziej blockiest ścierniwa jest używana w wiązaniach metalowych przetwarzanych w wysokich temperaturach, różnicowa rozszerzalność cieplna wtrąceń metalowych w Diamencie może prowadzić do zmniejszenia wytrzymałości lub nawet pęknięcia. Inne zastosowania wymagają słabszych wiązań żywicy fenolowej lub poliamidowej przetwarzanych w znacznie niższych temperaturach i używają bardziej kątowych, mniej stabilnych termicznie diamentów. Producenci ziarna charakteryzują więc swój pełny zakres gatunków diamentów przez wytrzymałość w temperaturze pokojowej (TI), wytrzymałość termiczną po podgrzaniu, na przykład, w temperaturze 1000°C (1800°F) (TTI) i kształt (blokowy, ostry lub mozaikowy). W średnim zakresie ostre gatunki obejmują rozdrobnione Materiały naturalne, jak i syntetyczne.

powłoki diamentowe są powszechne. Jeden zakres obejmuje grube warstwy lub okładziny z galwanizowanego niklu, bezelektronowego Ni-P i miedzi lub srebra o zawartości wagowej do 60%. Powłoki działają jak radiatory, zwiększając jednocześnie wytrzymałość wiązania i zapobiegając ucieczce fragmentów ścierniwa. Na przykład nikiel galwaniczny wytwarza kolczastą powierzchnię, która zapewnia doskonałą kotwicę dla wiązań fenolowych podczas szlifowania na mokro. Wiązania miedziane i srebrne stosuje się bardziej do szlifowania na sucho, szczególnie w przypadku wiązań poliamidowych, gdzie wyższa przewodność cieplna przewyższa niższą wytrzymałość powłoki.

powłoka może być również nakładana na poziomie mikronów jako środek zwilżający lub jako warstwa Bierna w celu zmniejszenia reaktywności diamentu z danym wiązaniem. Tytan jest pokryty diamentami stosowanymi w wiązaniach na bazie niklu, kobaltu lub żelaza, aby ograniczyć grafityzację diamentu podczas zwilżania powierzchni diamentu. Chrom jest pokryty diamentami stosowanymi w wiązaniach na bazie brązu w celu zwiększenia wiązania chemicznego i reaktywności składników diamentu i wiązania.

w przypadku wiązań galwanicznych diamenty są trawione kwasem, aby usunąć wszelkie guzki powierzchniowe rozpuszczalnika metalu, które zniekształciłyby potencjał elektryczny poszycia na powierzchni koła, prowadząc do nierównomiernego niklowania lub nawet tworzenia guzków. Trawienie tworzy również nieco chropowatą powierzchnię, aby wspomóc mechaniczne Wiązanie.