Алмазы

Алмаз как инструментальный мате­риал получил в последние годы широкое применение в машиностроении.

В настоящее время выпускается боль­шое количество разнообразного инструмента с использованием алмазов: шли­фовальные круги, инструменты для прав­ки шлифовальных кругов из электро­корунда и карбида кремния, пасты и порошки для доводочных и притирочных операций. Значительные по размерам кристаллы алмазов применяются для изготовления алмазных резцов, фрез, сверл и других режущих инструментов. Область применения алмазного инстру­мента с каждым годом все более расши­ряется.

Алмаз представляет собой одну из мо­дификаций углерода кристаллического строения. Алмаз — самый твердый из всех известных в природе минералов. Твердость алмаза выше твердости кар­бида бора в 2,3 раза, карбида кремния — в 3 раза. Высокая твердость алмаза объясняется своеобразием его кристаллического строения, прочностью связей атомов углерода в кристаллической ре­шетке, расположенных на равных и очень малых расстояниях друг от друга. Однако прочность алмаза невелика и он легко раскалывается по плоскостям спайкости. Поэтому алмаз используется для обработ­ки при относительно малых нагрузках.

Коэффициент теплопроводности алма­за в два и более раза выше, чем у спла­ва ВК8, поэтому тепло от зоны резания отводится сравнительно быстро. Алмаз имеет весьма низкий коэффи­циент линейного расширения и высокий модуль упругости. Следовательно, ин­струменты с кристаллами алмаза имеют малые деформации. В результате можно получать детали высокой точности и поддерживать эту точность в течение длительного времени. Теплостойкость алмаза характеризуется тем, что при температуре около 800° С в обычных условиях он начинает превращаться в графит.

Вместе с тем алмаз обладает наи­более высокой абразивной способнос­тью по сравнению с другими абразив­ными материалами. Так, при заточке и доводке твердого сплава расход алмаза в 100—400 раз меньше, чем при обработ­ке карбидом кремния.

Природный алмаз условно обознача­ется А, а синтетические алмазы — АС.

В природе чаще всего встречаются агрегатные разновидности алмаза: борт, карбонадо и баллас. Находки крупных алмазных кристаллов редки. К борту относятся все зернистые и неправиль­ные сростки кристаллов алмазов, час­то без признаков граней и ребер.

К карбонадо относятся весьма тон­козернистые, плотные или несколько пористые агрегаты буровато-черного цвета. Черная окраска карбонадо обус­ловлена наличием в алмазе высокодис­персного графита. Шлифовальные по­рошки из природных алмазов выпуска­ются одной марки — А.

Возросшие потребности в алмазном инструменте не могут быть полностью удовлетворены за счет природных алма­зов. В настоящее время освоено про­мышленное производство синтетических алмазов из графита при больших дав­лениях и высоких температурах. Синтетические алмазы могут быть раз­личных марок, которые отличаются меж­ду собой по прочности, хрупкости, удельной поверхности и форме зерен.

В порядке возрастания прочности, снижения хрупкости и удельной поверх­ности микропорошки марок АН и АСН, имеющие повышенную абразивную спо­собность, рекомендуются для обработ­ки сверхтвердых, хрупких труднообра­батываемых материалов.

Зернистость алмазных шлифоваль­ных порошков, контролируемая сито­вым методом, колеблется от 630 до 40 мкм, а зернистость микропорошков, определяемая под микроскопом, колеб­лется от 60 до 0 мкм.

Марки шлифовальных порошков из синтетических алмазов располагают­ся так: АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС. Зерна АСО с повышенной хрупкостью и развитой поверхностью хорошо удер­живаются в связке и самозатачиваются в процессе работы. Они рекомендуются для изготовления инструментов на ор­ганической связке, а также для паст и порошков. Зерна АСР предназначены в основном для изготовления различ­ного инструмента на металлической и керамической связках.

Зерна АСВ имеют более гладкую по­верхность по сравнению с зернами АСО и АСР и рекомендуются для изготовле­ния инструмента на металлических связ­ках, работающего при повышенных уде­льных давлениях. Зерна АСК рекоменду­ются для изготовления инструмента на твердых металлических связках, при­меняемого для обработки природного камня и других твердых материалов.

Зерна АСС, имеющие наибольшую проч­ность, предназначены для правки абразив­ных кругов, резки и обработки корунда, ру­бина и других особо твердых материалов.

Микропорошки из природных алма­зов имеют марки AM и АН, а из синтетических АСМ и АСН.

Микропорошки марок AM и АСМ нормальной абразивной способности предназначены для изготовления абра­зивного инструмента, которым обраба­тывают твердые сплавы и другие твердые и хрупкие материалы, а также детали из стали, чугуна, цветных металлов при необходимости получения высокой чистоты поверхности.

Зернистость порошков обозначается дробью, числитель которой соответст­вует наибольшему, а знаменатель — наи­меньшему размеру зерен. Она опреде­ляется размерами сторон ячеек двух контрольных сит, через одно из которых зерна должны проходить, на другом — задерживаться. Поэтому фактически в обозначении зернистости порошка чис­литель и знаменатель указывают не на наибольший и наименьший размеры зер­на, а на размеры ячеек сит.

В последние годы все более широкое развитие получают работы, связанные с синтезом крупных алмазных монокрис­таллов и поликристаллов. Промышленность успешно освоила производство балласов АСБ и карбонадо АСПК. Раз­меры выпускаемых алмазов АСБ дос­тигают по диаметру 5—7 мм, а АСПК — до 5 мм, что позволяет использовать их для изготовления резцов, фрез и дру­гих лезвийных инструментов.

Наряду с совершенствованием спо­собов получения синтетических алмазов ведутся исследования по разработке дру­гих искусственных сверхтвердых материалов. Одним из таких материалов яв­ляется кубический нитрид бора (КНБ) — эльбор или боразон, который имеет кристаллическую решетку, аналогичную решетке алмаза, и состоит из двух эле­ментов — бора и азота. Синтезируется боразон в виде кристаллов размером до 600 мкм. Он не имеет природного двой­ника.

Боразон имеет твердость, близкую к твердости алмаза, такую же прочность и большую теплостойкость и не теряет режущих свойств при нагреве до 1500— 1600° С. Он рекомендуется для изготов­ления абразивных инструментов, предназначенных для шлифования трудно­обрабатываемых сталей, особенно быст­рорежущих сталей нормальной и по­вышенной производительности.