От алмаза до бриллианта

Конечно, сейчас алмазный порошок используется далеко не на одну лишь обработку других драгоценных камней. Без применения алмазов в той или иной части технологической цепочки промышленного производства просто невозможно представить себе современную обрабатывающую и машиностроительную индустрию. Использование 1 карата алмазов в промышленности дает экономический эффект от 5 до 50 руб., а при обработке особо твердых и хрупких материалов — и до 200 руб. Поэтому неудивительно, что из всех добываемых в мире алмазов почти 80 % так и не попадают в «высший свет» в качестве бриллиантов, а становятся «рабочими», приобретая разнообразные прикладные специальности.

«Рабочими» становятся прежде всего более низкосортные алмазы — кристаллы с неровной окраской, с трещинами и другими дефектами, а также различные осколки, двойники, сростки, которые невозможно огранить в бриллиант, однако для некоторых операций применяются и ювелирные алмазы.

Судьба алмазов, которым предстоит стать «рабочими», неодинакова. Наиболее мелкие кристаллы со значительными дефектами пригодны лишь для измельчения в порошок — это так называемые абразивные алмазы. Другие алмазы применяются в инструментах без какой-либо обработки в своем натуральном виде. Наконец, некоторые кристаллы используются в промышленности после специальной обработки и приобретения соответствующей геометрической формы.

Рассмотрим вкратце, где и как трудятся алмазы всех перечисленных выше типов.

Итак, «рабочие» самой низкой квалификации — абразивные алмазы. Их используют, как это следует из самого названия, на изготовление абразивных материалов. Однако, несмотря на такую, казалось бы, «низкую» квалификацию, роль этих незаметных тружеников переоценить невозможно. Ведь шлифованию подвергаются сотни тысяч самых разнообразных изделий. Объем шлифовальных работ огромен, и поэтому на изготовление абразивов расходуется около 80 % всех технических алмазов.

Поиск наилучших абразивов ведется с незапамятных времен. Сначала в этом качестве использовался природный песчаник, затем появились искусственные абразивы. Индийские гранильщики драгоценных камней смешивали толченый корунд с шеллаком (природным лаком) и формовали из этой смеси круги, которые после обжига превращались в искусственные шлифовальные круги. В конце XIX века англичанин Баркли получил шлифовальный круг путем обжига смеси корундового порошка с огнеупорной глиной, а его соотечественник Батмен предложил использовать в качестве цемента, скрепляющего корундовые зерна (или зерна другого абразива), вулканизированную резину. В настоящее время для связывания зерен абразива применяются еще и керамика, металлы, полимерные материалы.

Широкое использование в современной промышленности твердых и сверхтвердых сплавов потребовало новых, более эффективных абразивных веществ. И здесь алмаз совершил подлинную революцию. Действительно, чтобы сошлифовать, например, 1 г сверхтвердого сплава, необходимо затратить около 50 г. такого абразива, как карбид кремния. Алмаза же на эту цель уйдет в сотни тысяч раз меньше. Высокая твердость и износостойкость алмаза наряду с повышенной теплопроводностью (способствующей быстрому отводу избыточного тепла, образующегося при шлифовании) обеспечивают эффективную обработку деталей из самых твердых материалов при высокой (практически недостижимой другими способами) чистоте обработки поверхности изделий.

Главный вид абразивного инструмента — шлифовальный круг. Он изготовляется из алмазного порошка, сцементированного в монолит каким-либо связующим веществом. Связующее вещество, как более мягкое, постепенно истирается, и тем самым постоянно обнажаются все новые и новые зерна алмаза. Шлифовальный круг как бы сам себя затачивает и работает до полного износа.

Изготовить хороший алмазный шлифовальный круг не такое уж простое дело. В зависимости от предназначения абразива подбирается оптимальный размер его зерен. Более крупнозернистые алмазные порошки используются для предварительной, грубой обработки изделий, когда удаляется большое количество материала, а доводка производится более мелкозернистым порошком. Наиболее распространены порошки со средними размерами зерен (6-10 мкм). Но самое главное, что определяет качество абразива и эффективность его работы, — это одинаковый размер частиц порошка в абразиве одного сорта. А добиться этого непросто: ведь на изготовление одного шлифовального круга идут тысячи маленьких алмазных кусочков.

Помимо шлифовальных кругов, алмазный порошок является основой разнообразных шлифовальных шкурок и лент.

При дроблении алмазов не только получаются порошки требуемой крупности, но и образуется много переизмельченного материала, состоящего из мельчайших крупинок алмаза размером 10 мкм и меньше. Из этих тончайших фракций и алмазной пыли изготовляются алмазные пасты и суспензии. Они используются главным образом на доводочных операциях при необходимости получения зеркально-гладкой поверхности.