Natural Diamond

11.3.1 Natural Diamond

Twinned diamond stones kallas maacles förekommer också regelbundet i naturen. Dessa är vanligtvis triangulära i form. Den tvinnade zonen ner i mitten av triangeln är den mest slitstarka ytan som är känd. Maacles används för skärpning av mejslar såväl som för förstärkningar i de mest krävande formvalsapplikationerna.

naturliga diamantslipande korn härrör från kristaller som anses olämpliga för smycken, med brister, inneslutningar och defekter. Före användning krossas diamanten och filtreras genom en serie nätnät. De erhållna fragmenten har slumpmässiga former, skarpa skärkanter och hög hållfasthet eller låg sprödhet. De är bundna till metall eller elektropläterade bindningar. Den karakteristiska gula färgen beror på kväveatomer dispergerade i gallret. Den kantiga formen av syntetisk monokristallin diamant står i kontrast till den mycket oregelbundna formen av naturligt diamantkorn som genereras genom krossning.

naturliga diamanter bryts i Indien från 800 f.Kr. Kemiskt är diamant en allotropisk form av kol i ett kubiskt system med föroreningar av SiO2, MgO, FeO, Fe2O3, Al2O3, TiO2, grafit etc. I luften, diamond börjar oxiderande vid 800°C 900°C (1 500°C−1,700°F) och graphitizes vid 1 000°C− Maximalt 1 100°C (För 1 900°C–2,000°F). Diamant är resistent mot syror och baser, men löses upp i smält soda nitre. Diamond har en hög värmeledningsförmåga (2,092 W m−1 K−1 K-1) och en låg elektrisk ledningsförmåga.

kristallens form kan vara oktaedrisk, dodekaedrisk eller hexahedral. Diamond har mycket bra klyvning parallellt med riktningen av oktaedron ansikten.

diamanter kan användas som grova diamanter, skurna och polerade diamanter och diamanter för borrverktyg. Grova diamanter används för dressing verktyg, skurna och polerade diamanter används för honing verktyg.

Diamond har en unik plats i slipmedelsindustrin. Att vara det hårdaste kända materialet är det inte bara det naturliga valet för slipning av de svåraste och svåraste materialen utan det är också det enda materialet som effektivt kan sanna och klä slipande hjul. Diamant är det enda hjulslipmedlet som fortfarande erhålls från naturliga källor. Syntetisk diamant dominerar hjultillverkning men naturlig diamant föredras för förbandsverktyg och formrullar. Diamantmaterial används också som slitytor för ändstopp och arbetsstödsblad på mittfria slipmaskiner. I dessa typer av applikationer kan diamant ge 20-50 gånger karbidens livslängd.

diamant skapas genom applicering av extremt höga temperaturer och tryck på grafit. Sådana förhållanden förekommer naturligt på djup av 250 km (120 miles) i jordens övre mantel eller i tunga meteoritpåverkan. Diamant bryts från Kimberlite rör som är resterna av små vulkaniska sprickor typiskt 2 till 45 meter (5 till 150 fot) i diameter där magma har vällat upp tidigare. Stora producerande länder inkluderar Sydafrika, Västafrika (Angola, Tanzania, Zaire, Sierra Leone), Sydamerika (Brasilien, Venezuela), Indien, Ryssland (Uralbergen) Västra Australien och nyligen Kanada. Varje område och även varje enskilt rör kommer att producera diamanter med distinkta egenskaper. Produktionskostnaderna är höga, i genomsnitt måste 6 miljoner kg (13 miljoner lbs) malm bearbetas för att producera kg (1 lb) diamanter. Mycket av denna kostnad stöds av efterfrågan på smyckenhandeln. Sedan andra världskriget har produktionen av diamant av industriell kvalitet överträffats långt av efterfrågan. Detta stimulerade utvecklingen av syntetiska diamantprogram initierade i slutet av 1940-talet och 1950-talet.

den stabila formen av kol vid rumstemperatur och tryck är grafit som består av kolatomer i en skiktad struktur. Inom skiktet placeras atomer i ett sexkantigt arrangemang med stark sp3 kovalent bindning. Bindningen mellan grafitskikten är emellertid svag. Diamant är metastabil vid rumstemperatur och tryck och har ett kubiskt arrangemang av atomer med ren sp3covalent bindning. Det finns också ett mellanmaterial som kallas wurtzite eller sexkantig diamant där den sexkantiga skiktstrukturen av grafit har förvrängts över och under skiktplanen men inte riktigt till den fulla kubiska strukturen. Materialet är ändå nästan lika hårt som den kubiska formen.

de viktigaste kristallografiska planen för diamant är kubiska (100), dodecahedron (011) och oktaeder (111). De relativa tillväxttakten på dessa plan styrs av temperatur-och tryckförhållandena, tillsammans med den kemiska miljön både under tillväxt och, när det gäller naturlig diamant, under eventuell upplösning under dess resa till jordens yta. Detta styr i sin tur stenformen och morfologin.

den direkta omvandlingen av grafit till diamant kräver temperaturer på 2,200 CCB (4,000 FCB) och tryck högre än 10,35 GPA (1,5 106 psi). Att skapa dessa förhållanden var det första hindret för att producera konstgjorda diamanter. General Electric uppnådde det genom uppfinningen av en högtrycks – /temperaturpackning kallad ”bältet” och tillkännagav den första syntesen av diamant 1955. Något till deras förtret, meddelades det sedan att ett svenskt företag, Asea hade i hemlighet gjort diamanter 2 år tidigare med hjälp av en mer komplicerad 6-städ press. Det svenska företaget, ASEA, hade inte meddelat det faktum att de försökte göra ädelstenar och inte ansåg de små bruna stenarna som de producerade kulminationen av deras program. De Beers tillkännagav sin förmåga att syntetisera diamanter strax efter GE 1958.nyckeln till tillverkningen var upptäckten att ett metalllösningsmedel som nickel eller kobolt skulle kunna minska de temperaturer och tryck som krävs till mer hanterbara nivåer. Grafit har en högre löslighet i nickel än diamant, därför upplöses grafit först i nickeln och sedan utfälls diamanten. Vid högre temperaturer är nederbördshastigheten snabbare och antalet kärnbildningsställen är större. De tidigaste diamanterna odlades snabbt vid höga temperaturer och hade svaga, vinklade former med en mosaikstruktur. Detta material släpptes av General Electric under varunamnet RVG kub för Hartsförglasade sliphjul. De flesta av de tidiga patenten på diamantsyntes har nu löpt ut och konkurrensen från tillväxtekonomier har drivit ner priset till så lågt som $880 per kg ($400/lb.) även om kvalitet och konsistens från vissa källor är tveksamt.

genom att kontrollera tillväxtförhållandena, särskilt tid och kärnbildningstäthet, är det möjligt att odla stenar av mycket högre kvalitet med väldefinierade kristallformer: kubisk vid låg temperatur, Kubo-oktaedrisk vid mellantemperaturer och oktaedrisk vid Högsta temperaturer.

den karakteristiska formen av naturstenar av god kvalitet är oktaedrisk, men den tuffaste stenformen är cubo-oktaedrisk. Till skillnad från naturen kan detta odlas konsekvent genom manipulation av syntesprocessen. Detta har lett till en rad syntetiska diamantkvaliteter, typifierade av MBG-serien från GE och PremaDia-serien från De Beers, som är de slipmedel som valts för sågar som används i sten-och byggbranschen och hjul för slipning av glas.

slipmedelets kvalitet och pris styrs av formens konsistens och även av nivån av infångat lösningsmedel i stenarna. Eftersom det mesta av det blockiest slipmedlet används i metallbindningar bearbetade vid höga temperaturer, kan den differentiella termiska expansionen av metallinklusioner i diamanten leda till minskad styrka eller till och med fraktur. Andra applikationer kräver svagare fenol-eller polyamidhartsbindningar bearbetade vid mycket lägre temperaturer och använder mer vinklade, mindre termiskt stabila diamanter. Grit-tillverkare karaktäriserar därför sitt fulla utbud av diamantkvaliteter genom rumstemperatur seghet( TI), termisk seghet efter uppvärmning vid till exempel 1000 CCB (1800 FCB) (TTI) och form (blocky, sharp eller mosaic). I mellanklassen inkluderar skarpa kvaliteter krossade naturliga såväl som syntetiska material.

Diamantbeläggningar är vanliga. Ett sortiment omfattar tjocka lager eller beklädnader av galvaniserad nickel, elektronfri Ni-P och koppar eller silver med upp till 60% vikt. Beläggningarna fungerar som kylflänsar, samtidigt som de ökar bindningsstyrkan och förhindrar att slipande fragment flyr ut. Elektropläterad nickel producerar till exempel en taggig yta som ger ett utmärkt ankare för fenolbindningar vid slipning våt. Koppar-och silverbindningar används mer för torrslipning, särskilt med polyamidbindningar, där den högre värmeledningsförmågan uppväger beläggningens lägre styrka.

beläggning kan också appliceras på mikronnivån antingen som ett vätmedel eller som ett passivt skikt för att minska diamantreaktiviteten med den specifika bindningen. Titan är belagd på diamanter som används i nickel, kobolt, eller järnbaserade bindningar för att begränsa grafitisering av diamanten medan vätning diamantytan. Krom är belagd på diamanter som används i bronsbaserade bindningar för att förbättra kemisk bindning och reaktivitet hos diamant-och bindningsbeståndsdelarna.

för elektropläterade bindningar är diamanterna sura etsade för att avlägsna eventuella ytknutor av metalllösningsmedel som skulle snedvrida pläteringselektriska potentialen på hjulytan vilket leder till ojämn nickelplätering eller till och med nodulbildning. Etsning skapar också en något grövre yta för att underlätta mekanisk bindning.