От алмаза до бриллианта

Первым в Европе (да, пожалуй, и в мире) алмазы для бурения твердых горных пород предложил использовать швейцарский часовщик Г. Лешо в 1862 г. Его сын Рудольф Лешо вместе с механиком Пиге усовершенствовал способ отца, изобрел специальный буровой станок и разработал методы крепления алмазов в буровом инструменте. Этот буровой станок был с большим успехом применен при проходке одного из железнодорожных тоннелей в Швейцарских Альпах, а потом и при бурении шпуров на мраморном карьере Вермон в Швейцарии. В России энтузиастом и пионером алмазного бурения скважин явился профессор Горного института в Петербурге С. Г. Войслав, создавший в конце XIX века лучший по тем временам в мире буровой станок.

В наши дни на изготовление бурового алмазного инструмента расходуется около 12 % всех технических алмазов. Это прежде всего буровые коронки — стальные корпуса цилиндрической формы для навинчивания на бурильную трубу. На корпусе закреплена матрица — носитель алмазов.

Для буровых коронок используются алмазы массой 0,01—0,2 карата, непригодные для огранки в бриллианты. Коронки из мелких алмазов имеют большое число режущих граней, поэтому чем тверже горная порода, тем большим числом алмазов должна быть армирована коронка. Так, для бурения сравнительно мягких пород применяют буровые коронки, в которых на 1 карат приходится 5—15 зерен алмаза, для пород средней крепости — 24–40, для крепких — 40-200 и для очень крепких пород — до 400 алмазных зерен на карат. Для бурения нефтяных скважин используются так называемые алмазные долота, причем на каждое долото в зависимости от его типа расходуется от 8 до 26 карат алмазов.

Как мы уже отмечали, главное преимущество бурового алмазного инструмента — заметное повышение скорости бурения, особенно в твердых породах. Кроме того, значительно снижается изнашиваемость оборудования, а скважины приобретают строго цилиндрическую форму, т. е. имеют постоянный диаметр. Все это существенно (в 4 и более раз) снижает стоимость буровых работ.

Другая необъятная область применения монокристаллов алмаза — использование его как режущего инструмента. Режущие свойства инструментальных материалов определяются такими качествами, как твердость, величина модуля упругости, коэффициент трения и теплопроводность. Все эти свойства счастливо объединились в алмазе, который представляет собой непревзойденный резец.

Обычно замена твердосплавных резцов на алмазные производит ошеломляющий эффект на людей, плохо представляющих возможности алмаза. Как вспоминал один из пионеров внедрения алмазов в промышленность Австралии, ему пришлось сначала столкнуться с весьма скептическим отношением к алмазному инструменту, не в последнюю очередь из-за его сравнительно высокой стоимости. Привычное казалось более надежным. Приходилось изыскивать различные способы рекламы. И здесь неожиданную помощь оказала… популярная в Австралии игра в шары.

Дело в том, что шары для этой игры вытачивали из бакелита с помощью резцов с режущей кромкой из карбида вольфрама. А бакелит обладает такой большой абразивностью, что одного резца хватает лишь на грубую обточку шара, для окончательной же обработки требуется либо сменить резец, либо перезаточить его.

Владельцу компании по производству шаров было предложено испытать алмазный резец. Это был австралийский алмаз с одной режущей кромкой, закрепленный в державке. Хозяин фирмы отнесся к предложению с изрядной долей скепсиса, но как же он был потрясен, когда на его глазах алмазный резец до затупления обточил 900 бакелитовых шаров! Немедленно поступил заказ на алмазный инструмент, который вскоре был усовершенствован: на алмазе теперь имелись несколько режущих кромок, и при затуплении одной из них алмаз просто «переводился» в другую позицию. К хорошему привыкают быстро, и через короткий промежуток времени хозяин фирмы уже выражал недовольство, если резец обрабатывал меньше 3500 шаров.

Приведенные выше цифры — 1 шар и 900 шаров — не случайны. Как показала многолетняя практика, производительность алмазных резцов при обработке пластмасс в 900 раз выше производительности резцов, изготовленных из твердых сплавов.

Стойкость резцов принято измерять длиной пути, который они могут пройти по обрабатываемой детали до затупления. Для резца из быстрорежущей стали этот путь составляет 6–8 км, из твердых сплавов — 20–30 км, а алмазный резец может пройти до 3000 км! Кроме того, алмазный резец позволяет заметно повысить скорость резания, а также обеспечивает высокую точность и чистоту обработки деталей, их одинаковость (стандартизацию), — а это ведь и есть основной закон современного массового производства.