Az ipari gyémántok (Gyémánttechnika rövid története és szerepe a villanyszerelésben)
2003/1-2. lapszám | Ruckel Balázs | 6917 |
Figylem! Ez a cikk 21 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A történet Valamikor régen, amikor vándorkereskedők járták Afrikát, egyikük a megrakott ekhós kocsijáról leszállva meglátott egy gyermekcsoportot, amint éppen fényes kődarabokkal játszott. Ekkor már tudta, hogy a gyermekek éppenséggel nem üvegekkel ...
A történet Valamikor régen, amikor vándorkereskedők járták Afrikát, egyikük a megrakott ekhós kocsijáról leszállva meglátott egy gyermekcsoportot, amint éppen fényes kődarabokkal játszott. Ekkor már tudta, hogy a gyermekek éppenséggel nem üvegekkel játszanak. A hír elterjedt egész Európában, Amerikában: ezután gyémántvadászok serege lepte el Afrikát. A vélt lelőhelyeket felparcellázták, és a táj kezdett hasonlítani egy drótketrecre. Mikor egy-egy bőrzsák, szikladarab a mélybe hullott, megnyomorított testeket, halottakat húztak a felszínre. Ez a szörnyű kép kísérte az európai "ember" tevékenységét a gyémántláz idején. Ekkor már javában zajlottak a kutatások a mesterséges gyémánt előállítására. A meglátás az volt, hogy miért kellene Afrikába utazni, és ott életveszélynek kitéve magunkat ásni, és keresni a drágakövet mikor ezt otthon el lehet készíteni saját kezünkkel. Az alapelmélet megalkotója a kevesek által ismert Hanney; kísérlete eléggé kezdetleges és titokzatos volt, melyet egyszerűen így írhatunk le: megfelelő összetételű elegyet rakott egy ágyúcsőhöz hasonlítható üvegeszközbe, majd leforrasztotta a végét, és hevíteni kezdte. A kísérlet vége egy robbanás volt, mely összezúzta az egész labort, de néhány igen értékes követ hagyott maga után.
| A felhasználás |
|
A mesterségesen előállított gyémánt esztétikailag nem hasonló a természeteshez, bár rácsszerkezete ugyanaz. Felhasználási területe inkább a rendkívül kemény anyagok megmunkálása: szerszámacélok, különleges ötvözetek forgácsolása, forgácsoló szerszámok élezése. A felhasználási terület végső soron nagyban függ a szemcsék méretétől is. Az építészetben használatos gyémántok szemcséi jóval nagyobbak, mint a fémmegmunkáláshoz alkalmazott gyémánteszközök szemcséi. A kőmegmunkáláshoz a legkülönfélébb alakú és méretű marók találhatóak. A villany- és épületgépészeti szerelésben kell a legtöbbet használni a tudósok e remek felfedezését. Elegendő, ha arra gondolunk, mikor a panelházban arra ébredünk szombat reggel, hogy a szomszéd épp egy ajtót nyittat a konyha és a kisszoba közt, és vadul vésik a falat, vagy egyszerűen eltüntetnek a falban egy új vezetéket. Szerencsére egyre több helyen követelmény a rezgésmentes megmunkálás, a legdrágább technika, de ha összehasonlítjuk azt, hogy minket mennyire bánt a rezgés szombat reggel, és az épületet mennyire bántja a rezgés, szinte egyenlőségjelet vonhatunk a kettő közé. A falhoronykészítés mint a legkényelmetlenebb feladat valamennyi szerelő számára megoldható ezzel a technikával is. Szerencsére a piacon már nagy kínálatban találhatók falhoronymaró-vágó eszközök. A marás és vágás közt igen nagy különbség van. A vágás esetén két gyémántszemcsés korong belevág a falba, majd azt kézzel egy vékony véső segítségével könnyen kipattinthatjuk. Marás esetén vagy egy korongsor vagy egy keményfémbetétes marókés marja a falba a kívánt szélességű és mélységű hornyot. Utóbbi technológiája sokkal drágább, ezért a magyarországi fellelhetősége is igen csekély. A falhoronyvágáshoz fellehető gépek és tárcsák széles körűek, mindenki kiválasztja a magának teljesen megfelelőt. A horonykészítés alfája elsősorban a használt tárcsa tulajdonságaiban rejlik. Vannak szegmenses, illetve "fogazott" tárcsák. Egyik esetben sem szabad elfelejtenünk, hogy ezek a tárcsák nem forgácsolnak, hanem koptatnak. Nem szükséges élnek lenni a gyémántrétegen. A gyémántréteg nem 100%-ig gyémánt, hanem különféle kötőanyagokba ágyazott gyémántszemcsékből áll, ezért a különböző gyártók termékei eltérhetnek használati tulajdonságaikat tekintve. Van, amelyik több előtolásnál nem kopik annyira, és van ennek ellenkezője is. Ezért azt javaslom, ha a kínálatból kiválasztunk valamilyen terméket, lehetőleg ne váltsunk túl sűrűn, mert az a pénztárcánknak nem biztos, hogy megfelelő. Ha a kezünk már beállt egy szerszámra, jobb, ha mindig azt használjuk. Ne felejtsük el azt sem, hogy a gyémántgyártók csak gyémántot állítanak elő, és a kötőanyag valamint a hegesztés tulajdonságai erősen befolyásolják a minőséget. Tehát ha egy korong hamarabb elkopik, mint a másik, nem feltétlenül az alaptestgyártó a felelő, bár általában ennek a neve van a tárcsára írva. Meglehet, hogy a következő tárcsa is hamar fog elkopni, mert ugyanaz a szállítója a szegmenseknek.
|
| Hasznos tanácsok |
| Mielőtt elhatározzuk, hogy gyémánteszközzel fogunk dolgozni, érdemes végiggondolni a további szükséges eszközök beszerzését is. Mindenekelőtt megfelelő porelszívó kell, melynek nem lényegtelen a szűrője, automatizáltsági foka sem. Koronás fúró esetén célszerű olyan gépet választani, amelynek koronái csereszabatosak a többi gyártóéval. Kérdés, hogy csatlakoztatható-e a rögzítéshez vákuumpumpa stb. a további technikai paraméterek már teljesen gyártófüggőek. Hasznos még tudnunk azt is, hogy gyémántkoronás fúró használatánál a fordulatszámok, melyek általában diszkrét értékekben vannak meghatározva, úgy vannak tervezve, hogy az átmérőtartományok között használható. Mivel a gyémánt csak adott sebességgel koptat ideálisan, nem szabad, hogy az előírtnál lényegesen kisebb vagy nagyobb kerületi sebességet adjunk a koronának, mert az hamar elkopik. Attól, hogy gyorsabban forog a korona, nem koptatja gyorsabban a betont, csak saját magát. Ha a koronának a csatlakozása menetes, ügyeljünk arra, hogy használat előtt a menetes csatlakozó vékonyan be legyen zsírozva, hogy ne sérüljön, és a felhelyezéskor elegendő kézzel meghúzni a koronát, mivel az úgyis meghúzza magát használat közben. |
Ezek a kövek gyémántok voltak, ám az, hogy ezek valóban mesterségesen előállított gyémántok-e, a mai napig kétséges. Hanney első eredményes kísérletét még sok követte, de senki sem járt sikerrel ismét. A természet A gyémánt szénatomok tetraéderes szerkezetű kristályaiból épül fel. Tudta az akkori tudományos élet, hogy a gyémántot egyszerű hevítéssel könnyedén grafittá alakíthatjuk, de inkább azon gondolkodtak, hogy a folyamat megfordítható-e. A megoldás felé vezető utat a természetben próbálták keresni. Amikor a lelőhelyeket kutatták, különböző jelek árulkodtak a gyémánt lehetséges előfordulási helyeiről. Ezek egyike volt a pirop (gránát sorozat egyike) vöröslő vonala, továbbá, egy jellegzetes kőzet, a kimberlit kékes színe jelezte a kutatóknak, hogy megérkeztek egy gyémántban gazdag helyre. Néhány helyen a kimberlit "robbanási csöveket" alkotva fordul elő, melyben az értékes gyémánt megtalálható. Ezeket a csöveket - nevezhetjük kutaknak is - akár több kilométeren át követhették a gyémántkutatók, belőlük nyerve a gyémántot. A tudósok ez alapján kezdtek el gondolkodni a mélységi robbanások fizikáján, és indultak el végül is a helyes nyomon. A gyémántvadász Moissan tudta, hogy gyémánt a nagy vastartalommal bíró meteoritokban gyakrabban fordul elő. Így elindulva vasat olvasztott, beledobott néhány darab szenet, majd hirtelen lehűtötte. Ezután bejelentette, hogy kísérlete sikerült. A tudósok azóta sem tudták kísérletét megismételni. A megoldás? A ´30-as években kezdődtek az alacsony hőmérséklet területével foglalkozó fizikai kutatások. Ezen a hőmérsékleten (0 °K: -273 °C) az anyagok viselkedése megváltozik. A gondolat az volt, hogy a tengerkutató a szél és a hullámcsendben vizsgálja a tengerfenék rejtelmeit. Ezen elindulva az atomszerkezetet a lehető legalacsonyabb hőmérsékletre kell helyezni, hogy a rácsokban "nyugalom" legyen. Egy fizikus azt állította, hogy ha az oxigén az alacsony hőmérsékleten cseppfolyós, majd szilárd lesz, akkor nyomjuk össze, és megkapjuk ugyanazt az eredményt. Ez az ember adta az új fizikai kutatások, az extra magas nyomású fizika alapgondolatát. A hűtést kikerülve a könnyebb technikát kezdték el tanulmányozni. A következő kérdés merült fel a tudósok körében: miért van az, hogy nagy nyomáson az anyagok teljesen máshogy viselkednek, mint azt a természetből ismerjük? (A hűtőben termő jég mindössze a jégnek egyetlen változata a hét közül.
Az egyik még fagyban is megolvad, a másik forró vízben sem olvad fel.) A rend Amikor költözünk, vagy rendet rakunk valahol, úgy csináljuk, hogy az új rend vagy rakomány a lehető legkisebb helyet foglalja, és azt meg is tartsa. Az atomok átrendeződése, mikor nagy nyomásnak tesszük ki őket, hasonló ehhez a rendszerhez. A rácsszerkezetben egyszerűen új helyre vándorolnak az atommagok a nagyobb stabilitás érdekében. A gyémánt kialakulásának is hasonló a rendszere. Puha gyémánt A természetes gyémántok keménysége a mesterségesen előállítottakéval szemben kicsinek mondható. A megfelelő technikát alkalmazva a mesterséges gyémánt keménysége mintegy másfélszerese a természetesének. Azonban a mesterséges gyémántnál is van keményebb anyag, ez pedig a köbös rácsszerkezetű bór-nitrid (borazon, CBN). Természetben nem fordul elő, tulajdonságai jobbak a gyémántéinál. Sokkal hőállóbb és időtállóbb eszközöket lehet belőle készíteni, mint a gyémántból. A gyártás A gyémánt előállításához mintegy 100 000 atm nyomás és 2300 °K (2573 °C) hőmérséklet szükséges. A tudósokat ez a nagyobb feladat kezdte foglalkoztatni. Milyen "lábas" kell, mely ezeket az értékeket 6-8 órán keresztül tartani tudja, és nem megy tönkre. A nagy nyomás fizikájának kutatása közben megvizsgálták az acél tulajdonságainak változását nagy nyomáson. Rájöttek, hogy az acél nagy nyomáson sokkal rugalmasabb és szilárdabb, mint normál körülmények között. Napjaink gépeit azért kell olyan robusztusra tervezni, mert az acélban található hibák, melyeket az atomok "rendetlensége" ad, vándorolnak, növekednek. Ezeket a hibákat úgy találták meg, hogy az atomszerkezetet vizsgálva látták, hogy minden 10 atomból 1 nincs a helyén. Magas nyomáson ez az atom mintegy a helyére ugorva stabilizálja a rácsszerkezetet. Az elkészített modern "robbanási cső" tehát úgy nézett ki, hogy egy hatalmas csövet (acél) nagynyomású vízzel körülvéve hevítenek, benne a hozzávalókkal. Az így elkészített "kohó" hengerét maguk a belső és külső körülmények óvják meg a károsodástól. A magas hőmérsékleten a fém mintha újjászületne. Eltűnnek belőle a rácshibák, repedések. Kívülről a nagy nyomású víz gyógyítja meg a szerkezeti sebeket a hengeren. Emiatt válik ellenállóvá a belső körülményekkel szemben.
