Kim cương là tinh thể của nguyên tử carbon đơn và cấu trúc tinh thể của nó thuộc hệ tinh thể lập phương với tâm phẳng cân bằng (một loại hệ tinh thể có mật độ nguyên tử cao nhất). Giả sử liên kết liên kết giữa các nguyên tử carbon trong kim cương là liên kết cộng hóa trị lai sp3, Nó có tính ổn định và tính liên kết mạnh mẽ. Cấu trúc tinh thể độc đáo làm cho kim cương có độ cứng và độ cứng cao nhất, chỉ số khúc xạ, độ dẫn nhiệt, chống mài mòn tuyệt vời, chống ăn mòn và ổn định hóa học, vv Các đặc tính tuyệt vời của kim cương tự nhiên có thể đáp ứng hầu hết các yêu cầu của Vật liệu dụng cụ cắt chính xác và siêu chính xác, và nó là vật liệu công cụ cắt chính xác lý tưởng. Cấu trúc tinh thể đồng nhất của kim cương tự nhiên không có ranh giới hạt bên trong về mặt lý thuyết đạt đến độ thẳng và độ sắc nét của cấp độ nguyên tử. Độ cứng, chống mài mòn, chống ăn mòn và ổn định hóa học của kim cương tự nhiên đảm bảo tuổi thọ dài Do đó, công cụ cắt, đảm bảo quá trình cắt bình thường kéo dài liên tục và giảm tác động của độ mòn của dụng cụ đến độ chính xác của bộ phận; Độ dẫn nhiệt cao hơn của nó có thể làm giảm nhiệt độ cắt và biến dạng nhiệt của các bộ phận. Do đó, kim cương tự nhiên là vật liệu công cụ cắt siêu cứng vị trí quan trọng trong lĩnh vực gia công cơ khí và đã được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực gia công siêu chính xác, như xử lý trong lò phản ứng hạt nhân và công nghệ cao khác trong lĩnh vực gương, được sử dụng cho tên lửa hoặc tên lửa trong con quay hồi chuyển điều hướng, đế đĩa cứng máy tính, máy gia tốc súng điện tử và các bộ phận siêu chính xác), sử dụng công cụ kim cương tự nhiên bất kể giá cả hay độ chính xác so với phương pháp gia công truyền thống đều có những ưu điểm rõ ràng. xử lý bằng các công cụ kim cương tự nhiên và phương pháp mài và đánh bóng truyền thống.

Ngoài các lĩnh vực công nghệ cao, công cụ cắt kim cương tự nhiên trong ứng dụng gia công các sản phẩm dân dụng và công nghiệp thông thường cũng tăng lên hàng năm, đã được phát triển từ chế biến các bộ phận đồng hồ truyền thống đến piston nhôm, đồ trang sức, bút, tấm bóng, không gia công kim loại trang trí kim loại, có thể nói công cụ cắt kim cương tự nhiên đã là lĩnh vực gia công cơ khí hơn nữa, đóng vai trò ngày càng quan trọng.

Mặt khác, do tính chất độc đáo của kim cương tự nhiên, rất khó xử lý nó. Do độ cứng cao của kim cương tự nhiên, nó phải được nghiền bằng các phương pháp đặc biệt, cũng đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật cao đối với người vận hành. Tính ổn định hóa học tốt của kim cương tự nhiên, nó đã không thể được hàn trong một thời gian dài trước đây và chỉ có phương pháp cơ học được sử dụng để kẹp kim cương hạt lớn, dẫn đến lãng phí vật liệu kim cương và giá cắt cao công cụ, và cũng ảnh hưởng đến độ chính xác của dụng cụ cắt và các bộ phận.

Trong 100 năm qua, các nhà khoa học và kỹ thuật viên đã nghiên cứu và phát triển lâu dài về vai trò quan trọng, triển vọng ứng dụng và phương pháp thực hiện của công cụ kim cương trong gia công cơ khí và đạt được kết quả tốt. Sự phát triển của công nghệ công cụ cắt kim cương tự nhiên được xem xét trong các giai đoạn sau.

Công nghệ xử lý truyền thống của các công cụ kim cương tự nhiên

Các công cụ kim cương tự nhiên được phát triển sau chiến tranh thế giới thứ hai để đáp ứng nhu cầu gia công của các bộ phận chính xác, đồ trang trí ánh sáng và chạm khắc trang sức. Quy trình sản xuất dụng cụ kim cương tự nhiên có nguồn gốc từ công nghệ mài và đánh bóng trang sức kim cương. Sự phát triển của các công cụ kim cương tự nhiên đã mang lại những thay đổi đáng kể trong công nghệ sản xuất đồng hồ và các sản phẩm liên quan.

Phương pháp xử lý trang sức kim cương là: trên bề mặt tấm gang được mài bột kim cương nghiền với dầu ô liu và vào, và làm bột kim cương được khảm trong các lỗ nhỏ trên bề mặt gang, cố định trong ván trượt bằng kim cương trên đó kể từ khi trọng lượng mài trên tấm mài quay với tốc độ cao.

1. Xử lý và kiểm tra lưỡi cắt: chất lượng của lưỡi cắt sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của các bộ phận được xử lý.2. Định hướng: bề mặt mài mòn mạnh nhất của dụng cụ được đặt trên bề mặt tinh thể cứng nhất của kim cương, để đảm bảo tuổi thọ lâu nhất của dụng cụ. Phương pháp định hướng truyền thống thường sử dụng hướng mắt thường.3. Gắn kết: trong quá trình cắt, các công cụ kim cương tự nhiên phải chịu lực cắt từ mọi hướng. Để đảm bảo cắt liên tục và ổn định, các công cụ kim cương phải được cài đặt chắc chắn trên thanh công cụ.

Công nghệ hàn kim cương chưa được phát minh, vì vậy kẹp cơ học là cách duy nhất. Bởi vì quy trình đơn giản và chi phí thấp của các công cụ cắt kim cương truyền thống, ngày nay nó vẫn được sử dụng để gia công thô các công cụ cắt kim cương. Công nghệ xử lý công cụ kim cương, trong nửa thế kỷ của nhân viên khoa học và công nghệ về các tính chất vật lý và hóa học của cơ chế mài công cụ kim cương và kim cương, cơ chế hình thành lưỡi cắt, lý thuyết cắt, công nghệ hàn, rất nhiều công việc trên thiết bị mài chính xác, và các đối tượng khác, như công cụ kim cương tự nhiên trong phát triển công nghệ gia công siêu chính xác đã đặt nền tảng vững chắc, nhiều chủ đề nghiên cứu ngày nay vẫn đang tiếp tục.

Công nghệ gia công siêu chính xác cho các công cụ kim cương tự nhiên

Vào cuối những năm 1970, trong nghiên cứu về công nghệ nhiệt hạch hạt nhân laser, một số lượng lớn các phản xạ kim loại mềm có độ chính xác cao cần được xử lý, và độ nhám bề mặt và độ chính xác hình dạng của kim loại mềm được yêu cầu để đạt đến mức độ chính xác cực cao. Chẳng hạn như việc sử dụng phương pháp gia công mài, đánh bóng truyền thống, không chỉ thời gian xử lý dài, chi phí cao, vận hành khó khăn và không dễ đạt được độ chính xác cần thiết. Do đó, việc phát triển các phương pháp xử lý mới là rất cấp thiết. bởi công nghệ cắt gương siêu kim cương tự nhiên đang phát triển nhanh chóng, trên cơ sở công nghệ tiện kim cương hiện có, bằng cách cải thiện độ chính xác của máy công cụ và cứng nhắc, kiểm soát chặt chẽ quá trình rung và trôi nhiệt độ, phát triển kim cương tự nhiên siêu chính xác công cụ cắt, v.v., để hình thành quy trình cắt thấu kính và phát triển thành công nghệ chuyên dụng. Đây là một trong những công nghệ chính để cắt gương siêu chính xác, natur Công nghệ công cụ cắt kim cương al đã đạt được sự đổi mới và phát triển đáng kể cả về lý thuyết và thực tiễn, chủ yếu được phản ánh trong các khía cạnh sau:

1. Phát triển các công cụ kim cương siêu chính xác

(1) một cạnh được đánh bóng được đưa vào giữa cạnh cắt chính và cạnh cắt phụ, sao cho độ nhám về mặt lý thuyết của bề mặt gia công gần bằng 0 và cạnh được đánh bóng không có khuyết tật khi được phát hiện dưới kính hiển vi từ 500 trở lên. (2) độ chính xác gia công của phím Góc của máy cắt kim cương đạt 2 ". (3) độ chính xác hồ quang của dao cắt hồ quang được sử dụng để biến bề mặt bên trong đạt đến mức micron.

Do thiết bị mài truyền thống không thể đáp ứng các yêu cầu gia công của các công cụ kim cương siêu chính xác, nên máy mài hồ quang và cạnh có mang không khí đã được phát triển và độ chính xác mài có thể đạt 0,1 m.3. Công nghệ và thiết bị định hướng chính xác được sử dụng để định hướng các công cụ kim cương nhằm mục đích không chỉ mang lại tuổi thọ công cụ lâu nhất mà còn giảm thiểu ma sát giữa bề mặt dụng cụ và bề mặt gia công và ứng suất trên bề mặt phân cắt gần lưỡi dao. , cần một máy đo nhiễu xạ tia X tinh vi hơn.

Hàn chân không là một trong những bước đột phá quan trọng nhất trong công nghệ sản xuất dụng cụ kim cương. Một mặt, phương pháp kẹp cơ học truyền thống có thể dẫn đến sự dịch chuyển và rung động nhỏ của máy cắt kim cương trong quá trình cắt, sẽ ảnh hưởng đến chất lượng gia công. Mặt khác, do tính ổn định hóa học rất cao của kim cương, rất khó để phản ứng với các kim loại khác để đạt được hàn trong điều kiện chung, nghĩa là, kim cương không thể hàn được. Để giải quyết vấn đề này, điều kiện đặc biệt của hàn kim cương (môi trường chân không cao) và hợp kim hàn (hợp kim bạc với titan là nguyên tố hoạt động) đã được tìm thấy sau khi nghiên cứu và thăm dò dài hạn.

Việc thiết lập cơ chế hao mòn dụng cụ thông qua nghiên cứu cho thấy trong quá trình cắt, hao mòn dụng cụ kim cương chủ yếu là hao mòn liên kết hóa học, và có một lượng nhỏ hao mòn cơ học và các hình thức hao mòn khác. Việc thiết lập cơ chế hao mòn dụng cụ quyết định nguyên tắc về định hướng dụng cụ: bề mặt tinh thể có độ ổn định hóa học tốt nhất được đặt ở mặt sau của dụng cụ

6. Nghiên cứu có hệ thống về phương pháp mài cơ học

Qua nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết kim cương, người ta thấy rằng biến dạng dẻo vĩ mô của kim cương (trước đây, người ta tin rằng kim cương chỉ có một lượng nhỏ biến dạng đàn hồi nhưng không có biến dạng dẻo); đã được nghiên cứu. Theo các tạp chất khác nhau, kim cương được chia thành bốn loại, do đó, các loại kim cương khác nhau có thể được lựa chọn theo USES khác nhau. Ngoài ra, thông qua nghiên cứu lý thuyết có hệ thống về đặc điểm gãy, đặc điểm phân tách và cơ chế hình thành bề mặt của kim cương, a Một lượng lớn dữ liệu đã thu được, nhiều lý thuyết đã được hình thành và sự hiểu biết sâu sắc và khoa học hơn về kim cương đã đạt được. Đặc điểm phát triển của công nghệ công cụ cắt kim cương trong giai đoạn này như sau: khi công cụ cắt kim cương được áp dụng trong quốc gia quốc phòng, công nghệ cao và các lĩnh vực khác, một số tiền lớn được đầu tư, và thiết bị tiên tiến, công cụ và phương pháp khoa học mới nhất được sử dụng trong nghiên cứu, tạo ra bước nhảy vọt trong phát triển.

Công nghệ xử lý mới nhất của các công cụ kim cương tự nhiên

Vào cuối những năm 1980, máy móc siêu nhỏ như một lĩnh vực nghiên cứu mới đã phát triển nhanh chóng. Việc sử dụng xử lý cơ học để sản xuất các linh kiện vi mô robot (như? Đối với thiết bị chính xác vi mô 0,1mm, động cơ siêu nhỏ 0,3mm, v.v.) , bán kính vòng cung của mũi dao là 3 ~ 5 m là bắt buộc và độ chính xác của cung có thể được kiểm soát và có thể đạt đến độ dài đáng kể của tuổi thọ dao.

Từ việc phân tích vật liệu dụng cụ cắt, chỉ có kim cương tự nhiên đơn tinh thể mới có thể đáp ứng các yêu cầu trên. Đồng thời, sau gần mười năm phát triển nhanh chóng, lý thuyết và công nghệ của công cụ cắt kim cương đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm, và chúng là Về cơ bản được trang bị khả năng phát triển các công cụ cắt có độ chính xác cao đã đề cập ở trên. Tuy nhiên, vẫn còn một khoảng cách giữa các yêu cầu của công cụ cắt kim cương được xử lý bằng công nghệ gia công siêu chính xác đã nói ở trên của các công cụ cắt kim cương và các công cụ gia công vi mô và các phương pháp xử lý tiên tiến hơn cần được phát triển hơn nữa. Trong những năm gần đây, nhiều phương pháp đã được phát triển để mài các công cụ kim cương với các cơ chế hóa học khác nhau.

1. Phương pháp nhiệt hóa cho cơ chế của phương pháp hóa học nhiệt: khi nhiệt độ là 800oC, nếu bề mặt kim cương tiếp xúc với sắt, tinh thể kim cương để có thể thoát khỏi mạng lưới các nguyên tử carbon, lan sang sắt trong Mạng tinh thể. Sử dụng phương pháp hóa học nhiệt của quá trình nghiền là: đĩa mài sắt trong khí quyển hydro được nung nóng đến 800oC, viên kim cương tiếp xúc với đĩa mài và độ trượt tương đối, mạng kim cương của các nguyên tử carbon sẽ lan sang sắt trong tinh thể Mạng tinh thể, đạt được mục đích nghiền kim cương; Các nguyên tử carbon đi vào mạng sắt phản ứng với hydro tạo thành metan, được giải phóng vào không khí bằng dòng không khí. Sử dụng phương pháp nhiệt hóa, tốc độ nghiền là 40 ~ 2000 lớp nguyên tử mỗi giây.

2. Đánh bóng hóa học plasma chân không, trước hết, sử dụng phương pháp lắng đọng hơi vật lý plasma chân không trên bề mặt đĩa mài mạ một lớp oxit silic hạt mịn, sau đó kích hoạt bề mặt kim cương trong chân không cao, đồng thời tiếp xúc với sự quay của đĩa mài, bề mặt kim cương ở trạng thái kích hoạt của các nguyên tử carbon sẽ phản ứng với silica trên đĩa mài, mài tạo thành kim cương; Khí carbon monoxide hoặc khí carbon dioxide được bơm ra khỏi buồng phản ứng. tốc độ của phương pháp này là 1 ~ 3000 m3 / s (khoảng 0,25 ~ 750 lớp nguyên tử mỗi giây).

3. Phương pháp đánh bóng hóa học cơ học không gây hại: một lượng bột kim cương mịn và bột silicon mịn hơn (cấp độ nanomet) đã được thêm vào dung dịch NaOH, và bột silicon có lực tĩnh điện âm mạnh sẽ được hấp phụ trên một hạt kim cương duy nhất lớn hơn nó để tạo thành bột mài kim cương với lớp hấp phụ silicon, và sau đó nó được phủ lên đĩa mài gang xốp. Trong quá trình mài kim cương, bột silicon hấp phụ trên bột mài kim cương một mặt ngăn chặn tác động trực tiếp của bột kim cương trên bề mặt kim cương đã xử lý và bảo vệ bề mặt kim cương đã xử lý khỏi bị hư hại sâu; mặt khác, nó phản ứng với bề mặt của viên kim cương đã xử lý và loại bỏ lớp phản ứng bằng hành động mài yếu. Tốc độ mài của phương pháp này rất thấp, chỉ 1 lớp nguyên tử mỗi phút.