Hogyan született a gyémánt vágótárcsa

Mit gondol, honnan származnak a gyémántok az Ön vágótárcsáján? Oroszországból, Brazíliából, Dél-Afrikából vagy máshonnan?

A felsorolt országokban vannak a legnagyobb természetes gyémánt lelőhelyek, a gyémántkorongokban szintetikus gyémánt van, és a kettő között jelentős különbség van.

A természetes gyémánt

A gyémánt szó a görög "adamas" - elpusztíthatatlan szóból származik.

A súlyegysége a karát, ami pontosan 200 milligramm. A legnagyobb természetes gyémánt súlya 3000 karát (0,6 kg).

A természetes gyémántok bányászata történelmi szempontból rabszolgamunkával járt együtt - ezért nevezték a természetes gyémántokat néha véres gyémántoknak. Sok híres gyémánt származik Dél-Afrikából. Például a Cullinan bányában talált "Afrika csillaga" nevű gyémánt ma a brit koronaékszerek részét képezi.

1. ábra. A Cullinan gyémántbánya, ahol a híres gyémántot találták, forrás: khplant.co.za

A gyémánt felhasználásának oka a rendkívüli keménysége és nagy fényszórása. A gyémánt vágótárcsák esetében leginkább a keménységük érdekel minket. A Mohs-féle keménységi skálán a legmagasabb, tizedik fokozatot éri el. A természetes gyémántot már i. e. háromezer évvel ezelőtt is használták kőzetek fúrására. A gyémántpor csiszolóanyagként való használatáról szóló legkorábbi fennmaradt feljegyzések a Kr. u. 6. századból származnak, 1495-ben pedig Leonardo da Vinci rajzának megfelelően üvegfúró készüléket készítettek. 1939-ben a brit katonai szabvány előírta a gyémánttal való esztergálást. Ezekben a felsorolt alkalmazásokban természetes gyémántról beszélünk, annak ellenére, hogy Lavoisier 1776-ban bebizonyította, hogy a gyémánt valójában szén, amelynek lapos atomrácsa köbössé alakult különböző természeti folyamatok során (1. ábra).

2. ábra. A gyémánt köbös rácsa és a szén lapos rácsa

A tudósok régóta próbálkoznak szintetikus gyémánt előállításával, ami első alkalommal 1953-ban sikerült svéd tudósoknak.

És ma?

Különösen a modern technológiának köszönhetően a szintetikus gyémánt ára a természetes gyémánt árának csak töredéke. A szintetikus gyémántot elsősorban az iparban használják - az építőiparban, a gépiparban és más ágazatokban pótolhatatlan vágó-, csiszoló- és fúrószerszámok részeként, csiszolóporként és csiszolópasztaként.

A szintetikus gyémánt

Előállításának lényege a szén magas hőmérsékleten és nyomáson történő átalakítása. A vágáshoz és csiszoláshoz használt szintetikus gyémántok a sarokcsiszolók gyémánt vágótárcsáiban a természetes gyémántokhoz képest apró méretűek. Méretük 0,25-0,75 mm , ami nagyjából egy mákszem méretének felel meg.

Keménységük mellett egy másik fontos tulajdonságuk is van: 1100-1200 °C hőmérsékletig stabilak. Hátrányuk az, hogy törékenyek és ezért alacsony az ütésállóságuk.

A szintetikus gyémántok előállítására többféle módszert alkalmaznak. A legszélesebb körben alkalmazott módszer a magas nyomás és hőmérséklet kombinációján alapul. Ez a módszer a legköltséghatékonyabb. Ez az eljárás nagyméretű, akár több száz tonnás présgépekkelel éri el az 1500°C-os hőmérsékletet és 5 GPa nyomást.

3. ábra. A szintetikus gyémánt előállításának elve (üllő = 5 GPa, süllyeszték = 1500°C)

Nézzük meg egy kicsit közelebbről ezeket a számokat.

Először a hőmérséklet. A konyhai tűzhely hőmérséklete körülbelül 250 °C, a tűzhányóból származó láva hőmérséklete 600 és 1000 °C között van, a vas pedig 1538 °C-on olvad meg. Az 1500 °C nagyon magas hőmérséklet.

És az 5 GPa nyomás?

A Föld felszínének legmélyebb pontján, a Mariana-árok alján a nyomás körülbelül 110 MPa - még ez is 45-ször alacsonyabb, mint a szintetikus gyémánt előállításához szükséges 5 GPa.

A szintetikus gyémánt előállításához tehát 5 GPa nyomás szükséges. Számítsuk ki, hogy milyen magasnak kell lennie a vízoszlopnak ahhoz, hogy ilyen nyomás alakuljon ki.

Eredmény : Egy 489 km magas tengervízoszlop szükséges 5 GPa nyomás kialakításához. Ez több, mint a Pozsony és München közötti légvonalbeli távolság (410 km).

És mindezt csak azért, hogy miniatűr gyémántszemcséket készítsünk, hogy megkönnyítsük velük a munkát, például a gyémánt vágó és csiszoló betétszerszámokban, amelyek használhatók sarokcsiszolókban és más berendezésekben.

Gyémánt vágószerszámok

A fent említett keménység miatt a gyémánt ideális anyag a vágó- és megmunkálószerszámokhoz. A gyémánt, mint a legkeményebb ismert anyag, használható bármilyen más anyag, köztük más gyémántok csiszolására, vágására vagy koptatására.

A vágószerszámokban a gyémánt általában a szerszámra szinterezett, fémes (általában kobalt) mátrixban eloszlatott szemcsés struktúrában található.

4. ábra. Közelkép egy gyémántszegmens felnagyított felületéről, amelyen látszik a gyémánt körüli kopott fém.

A gyémámt keménységének az általános ipari alkalmazásai közé tartoznak a gyémánt fúrófejek, gyémánt vágótárcsák és gyémánt csiszolókorongok sarokcsiszolókhoz, asztali fűrészekhez, fugavágókhoz és egyéb berendezésekhez.

A gyémántpor csiszolóanyagként való használata jelentős. Bár természetes gyémántot is használnak ilyen célokra, a szintetikus gyémántot előnyben részesítik, elsősorban mechanikai tulajdonságainak jobb reprodukálhatósága és természetesen az ára miatt.

A gyémánt nem alkalmas vas öntvények nagy sebességű megmunkálására, mivel a szén a vasban oldódik a nagysebességű megmunkálás során fellépő magas hőmérsékleten. Ez a gyémánt szerszámok jelentős kopásához vezet az egyéb szerszámokhoz képest, és ez az oka annak is, hogy a gyémánt vágótárcsák élettartama a vasbeton vágásakor jelentősen csökken a tiszta beton vágásához képest....

A folytatásban részletesebben tárgyaljuk majd a sarokcsiszolókhoz használt gyémánt vágótárcsák élettartamát és működési elvét....

Források:
https://www.technikaatrh.cz/obrabeni/diamant-jako-rezny-material
https://sk.wikipedia.org/wiki/Diamant
https://www.novau.sk/diamantove-velmoci-odkial-pochadza-vacsina-diamantov/
https://sk.wikipedia.org/wiki/Karát_(jednotka_hmotnosti)
https://en.wikipedia.org/wiki/Synthetic_diamond
https://www.technikaatrh.cz/obrabeni/diamant-jako-rezny-material

Ing. Herman Nagypál

Katonai iskolát végeztem, repülőgépipari villamosmérnöki tanszéken. Már gyerekkoromban megtanultam szerszámokkal, szerszámgépekkel dolgozni édesapámmal egy családi ház építésénél. Minden új termékünket személyesen is tesztelem - saját kezemmel, jól felszerelt műhelyemben. Szabadidőmben szeretek motorozni a román hágókon. Ezen felül a szakterület trendjeit tanulmányozom, és szívesen kipróbálom a konkurens termékeket is. Némelyiken mosolygok, van amire rácsodálkozom (hogy valaki hagyta magát rászedni és megvette), és van, ami nagyon jó. Majdnem olyan jó, mint a miénk 😊.