Геология неметаллов

Свойства и применение алмазов

Алмаз —самый дорогой среди всех других видов минерального сырья, причем цена за фунт составляет почти 10 тыс. долл., и она продолжает неуклонно возрастать. Благодаря своей твердости алмаз занимает исключительное место среди других веществ, применяемых .в качестве абразивов, намного превосходя по своим свойствам такие искусственные абразивы, как карбид кремния, карбид вольфрама и другие. Можно говорить о том, что современные высокоскоростные методы точной обработки промышленных деталей почти полностью основаны на применении алмазов в качестве резцов. Однако способность алмаза к окислению при повышенных температурах несколько сокращает сферу его использования в промышленности. Несжимаемость алмаза и его нерастворимость в кислотах также обусловливают некоторые применения алмаза в промышленности.

Алмаз используется в качестве основного абразивного материала во многих областях производства. Алмазные резцы, вправленные в ручные или механизированные инструменты, применяются для гравирования по драгоценным камням, металлам и стеклу, а также для формовки и механической обработки твердых легированных сталей, применяемых в самолетостроительной, автотракторной и других отраслях промышленности. Сыпучий алмазный порошок используется для резки драгоценных камней, алмазных штампов и кварцевых осцил- ляторных пластинок (стр; 389). Однако алмазы в значительно больших количествах, чем для резцов и абразивных порошков, применяются для изготовления алмазных кругов и пил, причем на эти цели идет 75% всей продукции борта.

Борт дробится иа небольшие кусочки или порошок, которые затем тщательно фракционируют по размеру и равномерно перемешивают с пластмассой, металлическим порошком или керамической массой, играющими роль связующего вещества. Затем эта смесь спейается под высоким давлением и наплавляется на металлические круги и пилы. При помощи алмазных кругов и пил можно стачивать, фрезеровать и шлифовать до требуемых размеров другие абразивные материалы, особенно карбиды. Иначе говоря, алмазные пилы и круги являются абразивами для всех других материалов, применяемых в промышленности в качестве абразивов. Кроме того, алмазные круги используются для шлифовки стекол, а пилы — для резки камня.

Не менее важно в практическом отношении применение алмаза в качестве буровых коронок. Впервые алмазными буровыми коронками воспользовались в 1870 г., а в настоящее время алмазное бурение широко применяется при проходке твердых пород.

Первоначально в качестве буровых коронок употреблялся карбонадо, но сейчас для этих целей гораздо шире используется менее дорогостоящий борт. Почти до 2 тыс. кусочков алмаза укрепляется на металлическом алмазодержателе коронки бура. В бурении применяются алмазные коронки разнообразных размеров и форм. Алмазные коронки небольших размеров широко используются при бурении скважин для взрывных работ на подземных рудниках и карьерах. Применение в бурении коронок больших размеров, имеющих форму пустотелого цилиндра, позволяет получать керновые образцы пород диаметром от Уг до ЗУ2 дюймов и более. Алмазное колонковое бурение является основным поисковым методом при всех видах горных работ на металлические и неметаллические полезные ископаемые. Кроме того, алмазным колонковым бурением пользуются при подготовке строительства плотин, туннелей и других подобных сооружений.

В нефтепромысловой практике применяются алмазные коронки больших диаметров для увеличения нефтеотдачи из таких прочных пород, как кварцевые песчаники и кремнистые породы (Johnson, Long, 1958; Rombosek, Long, 1958), а также для извлечения керна трещиноватых пород и вообще в тех случаях, когда по какой-либо причине трудно производить бурение алмазными коронками малых размеров.

С развитием электроламповой промышленности, начиная примерно с 1900 г., алмаз стал широко применяться в качестве фильер для волочения проволоки. При помощи алмазных фильер можно получать проволоку диаметром менее 0,08 дюйма. Для изготовления фильеры прочный кристалл качественного борта (весом от 'Л до Уз карата) просверливается с противоположных сторон иглой с помощью оливкового масла с примесью алмазного тонкого порошка. С одной стороны кристалла полученное отверстие имеет форму воронки, а с другой — чашеобразную форму. Если эти отверстия точно отцентрировать по отношению друг к другу, то между ними можно получить отверстие диаметром не более 0,0003 дюйма. Тонкую проволоку, идущую на изготовление электроламп и точных инструментов, получают путем протягивания заготовки через серию фильер, причем диаметр отверстия каждой последующей фильеры меньше диаметра отверстия предыдущей; таким образом можно получить нити накала толщиной с человеческий волос. Алмазные фильеры очень медленно снашиваются и сохраняют свою калибровку весьма продолжительное время.

Описания трех главных применений алмаза в различных отраслях промышленности в качестве абразивов, в бурении и для изготовления фильер можно найти в трудах симпозиумов по алмазам, выпущенных под редакцией Крауса (Kraus, 1942, 1943, 1946).