Использование абразивных свойств алмазов

Использование абразивных свойств алмазов, пожалуй, наиболее древний вид технического применения этого твердейшего минерала. Абразивные порошки из алмазов издавна применялись при огранке самих же кристаллов алмазов, так как ни один из других абразивных материалов не способен их шлифовать.

Как уже указывалось выше, еще в древности алмазы использовались для вырезания надписей на каменных плитах, в частности на плитах из нефрита, весьма твердого и вязкого минерала, трудно поддающегося обработке металлическими и каменными инструментами. Так, например, были сделаны надписи на арабском языке на надгробиях Тамерлана в гробнице Гур-Эмир в г. Самарканде.

Кристаллы алмазов имеют весьма большую величину поверхностного натяжения, которая для грани (110) равна 10 000 Н/м, т. е. аномально высока по сравнению с поверхностным натяжением других твердых тел (~400 Н/м). Эта особенность поверхностных свойств алмаза позволяет объяснить его режущую способность по отношению к стеклу. Известно, что ни один стеклорез, в котором в качестве режущего элемента используются твердые сплавы (победит, карбид бора, боразон и др.)" не может соперничать с алмазным в легкости и чистоте резки стекла практически любой толщины. Вероятно, в процессе резания стекла большую роль играет именно значительная величина поверхностного натяжения кристаллов алмазов [4]. Каждый, кто внимательно наблюдал резку стекла алмазным стеклорезом, очевидно, заметил, что алмаз не царапает стекло в процессе резки, а вызывает образование трещины по пути движения стеклореза.

Сравнительная характеристика физико-механических свойств алмаза и других твердых материалов (см. табл. 4) показывает его неоспоримые преимущества. Такие твердейшие искусственные системы, как карбиды бора, кремния, титана, кобальта, вольфрама и др., не способны соперничать с высокими физико-механическими свойствами алмаза. Только синтезированное твердое химическое соединение - нитрид бора (эльбор) может конкурировать с алмазом и даже в некоторых случаях несколько превосходит его.

Другой важной характеристикой алмаза являются его тепло- физические свойства, так как абразивная техника неразрывно связана с выделением большого количества тепла, интенсивными локальными разогревами кристаллов алмаза и обрабатываемого материала. Средняя теплопроводность алмаза значительно выше теплопроводности твердых сплавов, а удельная теплоемкость его в 3 раза больше, чем твердых сплавов.

Таким образом, основными параметрами, которые определяют абразивные свойства алмазов, являются высокое поверхностное натяжение, исключительная твердость кристаллов и большая теплопроводность. Эти три основных параметра весьма выгодно отличают алмазный порошок от порошков всех известных твердых материалов.

Высокое поверхностное натяжение кристаллов алмаза ослабляет молекулярное поле поверхности обрабатываемых изделий и тем самым подготавливает возможность легкого проникновения алмаза в глубь изделия. Большая твердость и износостойкость алмазов позволяют на больших скоростях и весьма эффективно шлифовать обрабатываемую поверхность практически без потерь алмазного порошка. Высокая теплопроводность алмазов обеспечивает спокойный режим шлифования или резания изделий, так как при этом тепловые локальные перенапряжения незначительны. Алмазный порошок позволяет при небольших давлениях (в 5 раз меньше, чем на другие абразивные материалы типа твердых сплавов, корунда, карборунда и др.) весьма эффективно обрабатывать детали из самых твердых материалов, обеспечивая при этом высокую чистоту обработки поверхностей.

Как абразив алмаз применяется чаще всего в виде порошков Для полирования и тонкого шлифования деталей, производства паст, шлифовальных кругов, отрезных дисков, алмазно-металлических карандашей и т. д. Хорошими материалами-носителями алмазного порошка являются медь и алюминий, которые одновременно сочетают большую вязкость, прочность и высокую теплопроводность, что обеспечивает быстрое охлаждение взаимодействующих поверхностей.