Введение в теорию алмазного инструмента
История развития алмазных инструментов
- Плиний Старший (23-79 гг. до н.э.)
- Лешот 1862 год
- А. Шютт 1910 год
- 1920-1930 года
- 1954 год
- 1955 год
Описание алмаза в своем труде «Historia Naturalis. Блеск, твердость, возможность использования
как инструмента для гравировки».
Техническое применение алмаза в сверлильных инструментах для горных пород.
Патент на инструмент для шлифования с помощью алмаза.
Создание ультратвердых спеченных металлокарбидов – невозможность обработки традиционными режущими инструментами – быстрое развитие применения алмазных инструментов в промышленности.
Синтез искусственного алмаза
Промышленный синтез алмазов на фирме General Electric
Что такое алмаз?
- Алмаз – это термодинамически метастабильная полиморфная модификация химического элемента – углерода.
- В природе существуют различные модификации углерода среди них такие как: сажа, антрацит, графит, кокс и алмаз.
- Основное отличие модификаций друг от друга – строение кристаллической решетки: у графита – плоскостная, у алмаза – пространственная тетраэдрическая.
Свойства алмазов
В алмазе природа предлагает материал наивысших свойств. Это относится к его свойствам механическим, оптическим, термическим свойствам. При применении алмаза для резки и сверления нас интересуют механические и термические свойства.
Механические:
- Твердость (самый твердый материал в мире)
- Прочность при сжатии
- Восприимчивость к ударам
Термические:
- Теплопроводность (при комнатной температуре самая высокая из всех известных материалов)
- Графитизация (при температуре свыше 1000˚C кристаллическая решетка алмаза превращается в графит).
Графит является стабильной модификацией углерода.
Виды алмазов
Натуральный алмаз образуется в мантии земли, добывается либо в первичной породе (первичное месторождение), либо в речных отложениях (вторичное месторождение).
Применение
- Бриллиант
- Промышленный алмаз
Синтетический алмаз – производится из графита методом термосинтеза под большим давлением.
Применение
- Промышленный алмаз
Сходства и отличия натуральных и синтетических алмазов
Натуральный алмаз
- Может иметь природные отличия: трещины, сколы, включения, примеси
- Процессы обработки: дробление, просеивание, формовка
- Жаростойкость: высокая
- Режущие качества: ниже чем у синтетического
Синтетический алмаз
- Регулируемые свойства, однородная структура
- Процессы обработки: просеивание
- Жаростойкость: ниже чем у природного продукта
- Режущие качества: значительно превосходят природный продукт
Вывод: благодаря лучшей возможности управлять свойствами, для наших областей применения используются практически всегда искусственные алмазы.
Твёрдость алмаза
Шкала твердости по Моосу (1811 г.)
| Наименование материала | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Твердый металл | 9.5 | |||||||||
| Закаленная сталь | 8.5 | |||||||||
| Стекло | 6 | |||||||||
| Мягкая сталь | 5 | |||||||||
| Алюминий | 2 | |||||||||
| Алмаз | 10 | |||||||||
| Корунд | 9 | |||||||||
| Топаз | 8 | |||||||||
| Кварц | 7 | |||||||||
| Полевой шпат | 6 | |||||||||
| Апатит | 5 | |||||||||
| Речной шпат | 4 | |||||||||
| Известковый шпат | 3 | |||||||||
| Гипс | 2 | |||||||||
| Стеатит | 1 |
Расчет твердости по КНООПу
Расчет твердости по Кноопу НК=14230Р/l², где
Р – нагрузка при испытании
L – длина большей диагонали кристалла
| Кварц | Топаз | Корунд | WS | SICA | CBN | Алмаз | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10000 | |||||||
| 9000 | |||||||
| 8000 | 8000 | ||||||
| 7000 | |||||||
| 6000 | |||||||
| 5000 | |||||||
| 4000 | 4720 | ||||||
| 3000 | |||||||
| 2000 | 2400 | 2480 | |||||
| 1000 | 1600 | 2050 | |||||
| 0 | 820 |
Вывод: Алмаз – самый твердый из имеющихся материалов, наиболее пригоден для обработки других видов минеральных материалов. Чистым алмазом очень сложно обрабатывать материал. Возникла необходимость создать универсальный рабочий инструмент для резки, сверления, шлифования. Таким образом появился алмазный сегмент.
Читайте также: Как изготавливают алмазный сегмент?
