Структура природного алмазу, сировину виробництва

1. Структура природного алмазу
2. монокристалічний алмаз
3. Синтетичний полікристалічний алмаз
4. Полікристалічний композиційний матеріал типу Compax

Фізико-механічні властивості природного алмазу

Головні відмінні риси алмазу - найвища серед мінералів твердість, найбільш висока теплопровідність серед всіх твердих тіл 900-2300 Вт / (мК) ¹, великі показники заломлення і дисперсія. Алмаз є діелектриком. У алмазу дуже низький коефіцієнт тертя по металу на повітрі - всього 0,1, що пов'язано з освітою на поверхні кристала тонких плівок адсорбованого газу, що грають роль своєрідного мастила. Коли такі плівки не утворюються, коефіцієнт тертя зростає і досягає 0,5-0,55. Висока твердість обумовлює виняткову зносостійкість алмазу на стирання. Для алмазу також характерні найвищий (в порівнянні з іншими відомими матеріалами) мудуль пружності і найнижчий коефіцієнт стиснення. Енергія кристала складає 105 Дж / г-ат, енергія зв'язку 700 Дж / г-ат - менше 1% від енергії кристала.

Температура плавлення алмазу становить 3700-4000 ° C. На повітрі алмаз згорає при 850-1000 ° C, а в струмені чистого кисню горить слабо-блакитним полум'ям при 720-800 ° C, повністю перетворюючись в кінцевому рахунку в вуглекислий газ. При нагріванні до 2000 ° C без доступу повітря алмаз переходить в графіт за 15-30 мінут². Середній показник заломлення безбарвних кристалів алмазу в жовтому кольорі дорівнює приблизно 2,417, а для різних кольорів спектра він варіюється від 2,402 (для червоного) до 2,465 (для фіолетового). Здатність кристалів розкладати біле світло на окремі складові називається дисперсією. Для алмазу дисперсія дорівнює 0,063.

Структура природного алмазу

Кристалічна решітка - кубічна гранецентрированная, а = 0,357 нм, z = 4, просторова група Fd3m (по Герману - Моген). Атоми вуглецю в алмазі знаходяться в стані sp³ - гібридизації. Кожен атом вуглецю в структурі алмазу розташований в центрі тетраедра, вершинами якого служать чотири найближчих атома. Саме міцний зв'язок атомів вуглецю пояснює високу твердість алмазу.

монокристалічний алмаз

Монокристалічні алмази вирощуються штучним шляхом і за основними характеристиками не поступаються властивостям природного алмазу. Монокристали є алмази з домішками азоту і мають такі властивості:

• теплостійкість до 1200 С °;
• високою стійкістю, що дозволяє прогнозувати термін служби волоки;
• низьким рівнем внутрішньої деформації;
• високою постійністю діаметру дроту;
• збільшенням виходу маси дроту в розрахунку на 1 волоку;
• відсутністю домішок;
• чудовою теплопровідністю.

Технічні характеристики монокристалів гарантують швидке охолодження зони волочіння, що в свою чергу веде до підвищення зносостійкості волок. Таким чином, монокристалічні алмази є ідеальним матеріалом для виробництва якісної дроту, що відповідає найвищим вимогам при волочінні чорних, кольорових, дорогоцінних і тугоплавких металів.

Синтетичний полікристалічний алмаз

Перша спроба синтезу алмаза була зроблена в 1823 році, засновником Харківського університету Василем Каразіним, який при сухій перегонці деревини при сильному нагріванні отримав тверді кристали невідомої речовини. У 1893 році професор К. Д. Хрущов при швидкому охолодженні розплавленого срібла, насиченого вуглецем, також отримав кристали, дряпати скло і корунд. Його досвід був успішно повторений Анрі Муассаном, який замінив срібло на залізо. Пізніше було встановлено, що в цих дослідах синтезовані алмаз, а карбід кремнію (муассанінт), який має дуже близькі до алмазу властивості.

Полікристалічний композиційний матеріал типу Compax

Засновником синтетичного полікристалічного алмаза (COMPAX PCD) була компанія General Electric (в даний час - Diamond Innovation). Її послідовниками були компанії Sumitomo і De Beers (остання вже не бере участі в цьому секторі виробництва). Видатні фізико-механічні властивості у полікристалічного алмаза (COMPAX PCD) в першу чергу висока твердість, теплостійкість, зносостійкість і теплопровідність є визначальними при створенні інструменту з полікристалів типу (COMPAX PCD).