Интех Диамант, алмазный порошок, синтетический алмазный шлифпорошок, алмазный инструмент, алмазный микропоршок, алмазная паста

Высокие абразивные способности поликристаллических порошков (PCD) и кубического нитрида бора (CBN) оптимально отвечают требованиям при производстве инструмента для резки различных материалов.

Развитие технологий в производстве инструмента для резки

Развитие новых технологий в производстве инструмента для резки различных материалов играет важную роль в развитии производства в целом. Усовершенствование абразивных характеристик и увеличение износоустойчивости инструмента становиться возможным при применении новых материалов, которые достигают полной толерантности, а обрабатываемая поверхность позволяет применение взаимозаменяемых компонентов.

Важной чертой этого развития является увеличение скорости работы инструмента, которое эти новые материалы позволяют достигать. В то же время, улучшение свойств обрабатываемого материала почти всегда затрудняет работу с ним. А традиционные абразивные материалы все меньше способны отвечать по своим характеристикам, точности, качеству и надежности, потребительским требованиям, которые возникают при обработке материалов в автоматическом режиме.

Свойства поликристаллических алмазов и порошков на основе КНБ, применяемых в производстве инструмента для резки

Постоянство абразивных характеристик и жесткость являются основными критериями оценки эффективности работы инструмента для резки. Постоянство абразивных характеристик зависит от прочности порошка, и в этом качестве алмаз и КНБ превосходят все известные материалы. Износостойкость поликристаллических алмазов и материалов на основе КНБ так же считается непревзойденной.

Другое преимущество поликристаллических порошков и абразивов на основе кубического нитрида бора состоит в том, что они не имеют такой разницы между показателями прочности и жесткости, которые существуют у традиционных абразивных материалов. Превосходная прочность и высокие значения жесткости позволяют поставить их между карбидами металлов и керамикой. Более того, вышеуказанные абразивы имеют высокую теплопроводность и низкий коэффициент деформации при высоких температурах, что приводит к уменьшению термостойкости и, в свою очередь, обеспечивает высокие режущие характеристика инструмента.

Однако, для поликристаллических порошков на основе карбида так же важна его термостойкость при индустриальном использовании, когда в процессе изготовления инструмента возможны операции при высокой температуре, например, сварка.

Различия поликристаллических алмазов и порошков на основе КНБ

Прежде всего, следует сказать об их термостойкости и нереогентоспособности к химическому воздействию, что определяет специфику применения этих двух абразивов. Например, стандартные поликристаллические порошки могут обрабатывать материал, где температура резки не достигает 700°С, и которые не утрачивают своих режущих свойств при увеличении температуры. Обработка не железосодержащих металлов, дерева, пластика и минералов отвечает данным условиям, при которых поликристаллические порошки могут конкурировать с карбидом вольфрама и, в некоторой степени, даже с быстрорежущими сталями.

А порошки на основе КНБ, напротив, сохраняют стабильные абразивные характеристики до 1200°С и также обладают нереогентоспособностью к химическому воздействию. Поэтому использование КБН возможно при высоких температурах, характерных для обработки прочных железосодержащих материалов. Таким образом, техническая и экономическая выгода очевидна, особенно при заточке инструмента, и в большинстве случаев результат работы лучше по сравнению с тем, который достигается при использовании традиционных абразивов, например, карбида вольфрама или керамики.

Однако существуют некоторые ограничения в применении порошков на основе КНБ при обработке чистой стали, в процессе которого износ абразивов увеличивается.

Поликристаллические алмазы

Поликристаллические алмазы производства компании De Beers представлены следующими сериями:

Syndite. Имеет 4 типа: CTB002, CTC002 (2 µm), CTB010 (10 µm) CTB025 (25 µm). Это поликристаллический композиционный материал с подложкой из твердого сплава для обработки не металлических материалов.

Syndrill. Различают 2 типа (25 µm): стандартный SRC и термостойкий SSP. Это поликристаллический композиционный материал с подложкой из твердого сплава.

Syndax3 (22 µm) - οполикристаллический композиционный материал.

Syndie имеет 4 вида: 004, 008, 010 и 025 (не производится).

Monodie. Данный продукт представлен компанией De Beers как Monodie 111.

Два последних продукта представляют собой поликристаллические алмазы, используемые в производстве волочильного инструмента.

Syndite

Syndite – поликристаллический алмазный композит на основе карбида, используемый для производства режущего инструмента и сегментов. Syndite широко используется для:

Обработки таких металлов как алюминий, медь, латунь, бронза, драгоценных металлов, карбида кремния и др.
Обработки металлосодержащих материалов, дерева (особенно твердых пород и деревянных композитов, таких как ДСП, МДФ, ДВП и т.д.), пластика (включая железобетон), каучука и таких минералов, как керамика и камень.
Укрепления сегментов.

Syndite производится путем синтеза тщательно отобранных частиц алмаза в условиях высокой температуры и давления, которые обычно используются при синтезе алмаза или КНБ. В процессе производства данного продукта частицы алмаза спекаются с поликристаллической массой, состоящей из твердого сплава. Однако Syndite может рассматриваться как композиционный материал, сочетающий в себе прочность, теплопроводность и абразивные свойства алмаза с твердостью карбида вольфрама.

Эти характеристики лучше всего применяются в производстве режущих инструментов для обработки широкого круга абразивных материалов, а также для производства сегментов. Данные свойства обеспечивают износоустойчивость инструмента и сегментов, а так же другие технические преимущества. Широкий выбор данного продукта позволяет дополнить ряд абразивных материалов различных размеров, предназначенных для производства режущего инструмента или различных сегментов, а также может применяться в буровом инструменте.

Syndite производится трех стандартных типов, различающихся по среднему размеру алмазных зерен, и имеет следующие обозначения: СТВ002, СТВ010 и СТВ025, где цифры обозначают средний размер в микронах. Обычно, чем меньше размер зерна, тем лучше абразивные способности и качество обрабатываемого материала при использовании соответствующей техники. И наоборот, чем крупнее зерно, тем выше износоустойчивость инструмента.

Помимо трех вышеуказанных типов Syndite существует Syndite СТС002 , который представляет собой видоизмененный абразивный материал, позволяющий достигать высокого качества, особенно при обработке дерева.

Syndite позволяет производителям оптимально подобрать поликристаллический материал для любого применения. Однако в большинстве случаев Syndite СТВ010 может рассматриваться как универсальный вариант.

Syndite предназначен для использования во всех типах режущих инструментов. Особенно эффективно его применение при тяжелом режиме резания, когда условия работы жесткие, а качество и износоустойчивость инструмента важны.

В большинстве случаев, особенно при обработке не металлических или композиционных материалов, характеристики поликристаллических алмазов полностью отвечают требованиям потребителей. Абразивные свойства поликристаллических алмазов способствуют улучшению режущих качеств инструмента, особенно, если речь идет о сегментах.

Syndrill

Композиционный материал из поликристаллических алмазов для сверления пород низкой и средней прочности.

Syndrill используется в инструменте для работы с материалом, прочность которого ниже 150 Мра как, например, у сланца, известняка, мрамора и др.

Syndrill – это продукт, который представляет собой слой поликристаллических алмазов, напаянных на пластину из твердого сплава под воздействием давления и высокой температуры. Размер алмазных зерен в Syndrill колеблется от 20 до 40 μm, средний размер частиц твердого сплава 3-6 μm, а вес кобальта равен 13%.

Syndrill характеризуется двумя важными свойствами, объясняющими его успех у потребителей. Во-первых, это износоустойчивость алмазного слоя, сохраняющаяся в процессе применения. Во-вторых, наличие твердого сплава обеспечивает прочность и позволяет данному сплаву прочно припаиваться к корпусу сверла.

Микроструктура алмазного слоя и его проникновение в твердый сплав объясняет прочную связь между этими материалами. Кобальта, который играет роль катализатора в процессе синтеза поликристаллических алмазов, представлен в виде светлых участков между зернами алмазов. И около 5% от веса кобальта находится именно в алмазном слое.

Продукт этой серии, обозначаемый Syndrill SRC очень чувствителен к высокой температуре, поэтому при производстве может использоваться сплав серебра, толщиной 0,1мм, с точкой плавления 650-750°С. Для уменьшения неблагоприятного влияния высоких температур, особенно когда пластина с Syndrill крупная, используется trifoil braze, который также уменьшает коэффициент термического расширения.

Один из вариантов Syndrill SRC с повышенной термостойкостью, обозначаемый как Syndrill SSР, разработан специально для использования при температуре до 800°С, когда его использование, даже в течение 15 минут, не изменяет свойств абразива. А в целом термостойкость поликристаллических алмазов позволяет инструменту работать при достаточно высоких температурах.

После пробного сверления для достижения лучшего результата можно изменить некоторые параметры. Прежде всего, речь идет о весе сверла и скорости его работы. Гидравлические параметры устанавливаются перед сверлением. В мягких материалах высокая скорость вращения позволяет достигать глубокого проникновения при небольшом весе сверла. Для пород со средней прочностью используются средние скорость и вес сверла. С материалами высокой прочности предпочтительнее работать, используя тяжелые сверла, а не увеличивать скорость вращения. При работе с новыми материалами для определения оптимальной скорости вращения и веса сверла необходимо провести несколько проб.

Syndie

Syndie – продукт из поликристаллических алмазов, который наряду с Monodie применяется в производстве волок.

Данный продукт является прекрасной альтернативой твердому сплаву и используется в производстве проволоки, прутьев и различных труб из огнеупоров, металлических и неметаллических материалов.

Syndie представляет собой синтетическую массу из прочно связанных друг с другом кристаллов алмаза, которая синтезируется при высокой температуре и давлении в присутствии кобальтового катализатора. Syndie объединяет прочность, абразивные характеристики и термостойкость натуральных алмазов с жесткостью твердого сплава.

В некоторых случаях частицы кобальта вступают в реакцию, и Syndie становиться электропроводным. Для того, чтобы снять электростатичность продукт помещают в магнитный сепаратор. Кобальт также понижает температурный уровень до 600-700°С.

Использование Syndie позволяет производить продукцию самого разного диаметра от широких прутьев до тонкой проволоки. Серия Syndie представлена на рынке двумя типами продукции: Syndie CSB и Syndie SSB

Syndie CSB имеет два стандартных размера – CSB025 CSB008, как и Syndie SSB - SSB010 и SSB004.

Марки данного продукта различаются по размерам зерен поликристаллических алмазов, измеряемым в микронах. Обычно, чем меньше размер зерна, тем лучше поверхность отверстия волоки и, соответственно, качество выпускаемой проволоки. И, наоборот, чем крупнее размер кристалла, тем выше износоустойчивость алмазов на поверхности отверстия.

В сравнении с твердым сплавом, Syndie имеет большое преимущество, т.к. обладает хорошей износоустойчивостью, что, в свою очередь, улучшает качество поволоки и снижает количество поломок во время эксплуатации. Еще одна причина для выбора Syndie – это хорошие внешние данные производимой проволоки.

Syndie может использоваться при работе на тех же скоростях, что и твердый сплав. Для большей эффективности необходимо, чтобы поликристаллические заготовки имели форму, абсолютно идентичную форме волок, но с другой стороны их поверхность должна быть несколько шероховатая, т.к. это позволяет свести риск поломок до минимума.

Использование традиционной технологии волочения, а также прогрессивных методик, таких как, например, лазерная, и применение высококачественных порошков производства компании De Beers позволяет достигать высокого качества проволоки.

Различные формы Syndie обеспечивают производителям волок и их покупателям широкий выбор заготовок, которые оптимально отвечают требованиям при производства проволоки.

Syndax3

Syndax3 является прочным поликристаллическим алмазным материалом, термостойкость которого остается стабильной до 1200°С, используемым в основном в инструменте для сверления и бурения.

Syndax3 применяется для обработки твердых горных пород, например кварца, когда используется определенное сверло. Syndax3 ииспользуется также как режущий элемент, повышающий качество работы, в сверлах с традиционными абразивами.

Syndax3 ппроизводится из алмазов размера 15-30μm методом спекания при тех же температурных режимах, которые используются в режимах синтеза другой поликристаллической продукции компании De Beers. Однако, в отличие от других поликристаллических алмазов, Syndax3 не содержит кобальта. Вместо этого при производстве Syndax3 используется керамический компонент, который менее химически активен и имеет схожий с алмазом коэффициент термического расширения, позволяющий Syndax3 иметь высокую износоустойчивость. Его термостойкость позволяет увеличивать температуру в процессе применения до 1200°С. Другие физические характеристики Syndax3 схожи со свойствами стандартных поликристаллических алмазов на основе карбида.

Резцы и сверла на основе Syndax3 предназначены для обработки горных пород, но при работе неизбежно некоторое крошение обрабатываемого материала. Но все же при использовании Syndax3 быстрота и эффективность работы очевидна, т.к. данный материал остается острым в процессе применения. Это свойство Syndax3 сохраняется в течение всего времени использования сверла или резца, что в свою очередь обеспечивает высокий темп работ.

В отличие от традиционных абразивных инструментов, преимущество резцов и сверл на основе Syndax3 состоит в том, что они сочетают в себе высокую износоустойчивость с хорошей скоростью работы. Кроме того, эти инструменты характеризуются стабильными абразивными свойствами, которые сохраняются в течение всего времени применения.

Monodie

Монокристаллические заготовки высокого качества производятся из синтетических алмазов, полученных, в свою очередь, при строго контролируемых условиях и отвечающих высоким требованиям по качеству в отношении свойств и физических характеристик. Данная продукция сохраняет термостойкость до 1000°С в среде, где нет окислителя. Вся монокристаллическая продукция ориентированна на алмазные кристаллографические грани.

Заготовки из Monodie используются для изготовления волок в производстве проволоки, т.е. там, где ранее применялись исключительно натуральные алмазы. Свойства Monodie позволяет придавать волокам более высокую или подобную износоустойчивость по сравнению с применением натуральных алмазов.

Пластины монокристаллов имеют только одну рабочую грань. А у продуктов типа Monodite, имеющие форму прямоугольника или треугольника, и Monodress все плоскости рабочие.

Монокристаллы и продукты типа Monodite используются в производства сегментов, режущего инструмента и инструмента для полировки.

Monodress главным образом используется для правки (в том числе и для правки однокристальным инструментом), а также для производства специального режущего инструмента.

Выбор поликристаллов

Поликристаллические алмазы для сверления

Традиционные материалы для сверления используются в том случае, если имеет место большое скопление газа или маслосодержащих жидкостей. Большинство бурильных установок представляют собой бур или сверло, вращающиеся в отверстии, на дне которых находится жидкость. До 1980 года, когда начали применяться сверла из поликристаллов, обычно использовались натуральные алмазы. Поликристаллические сверла позволяют резать пласты горных пород, не дробя их как при использовании конусовидного инструмента. Это становиться возможным, т.к. поликристаллы сочетают в себе жесткость и абразивные свойства алмаза с износоустойчивостью твердого сплава.

Поликристаллические алмазы для сверления

Компания De Beers предлагает на рынке инструментов для сверления два достаточно разных типа поликристаллической продукции. Это Syndrill и Syndax3.

Материал типа Syndrill представляет собой тонкий слой поликристаллических алмазов, нанесенный под действием давления и высокой температуры на пластину из твердого сплава. Данный продукт производится различных форм, включая диски до 50,8 мм в диаметре, до 8 мм по высоте и с толщиной алмазного слоя до 0,8 мм, где размер зерна составляет 20-40 µm. Syndrill SRC обладает стандартными свойствами, a Syndrill SSP характеризуется большей термостойкостью.

На экране электронного микроскопа можно рассмотреть структуру алмазного слоя Syndrill и прочную связь между кристаллами алмазов. Светлые пространства между зернами говорят о наличии кобальта, который играет важную роль при синтезе этой формы поликристаллических алмазов, т.к. его присутствие обеспечивает формирование кристаллов с четкой структурой. На экране будет видна граница между слоем поликристаллических алмазов и твердым сплавом, которая в свою очередь также характеризуется наличием прочных связей.

Износоустойчивость и прочность являются основными характеристиками, обеспечивающими качество инструмента. Абразивные характеристики материала обеспечивают его твердость. Из-за случайной ориентированности алмазных зерен, поликристаллические алмазы характеризуются твердостью, среднее значение которой эквивалентно единичным анизотропным зернам. Основное различие между традиционными абразивными материалами и поликристаллическими алмазами состоит в том, что последним не присуще обычное несоответствие между характеристиками прочности и твердости. Не смотря на преимущества поликристаллов по твердости, прочностные характеристики позволяют поставить их между карбидами и керамикой. Высокие режущие характеристики поликристаллических алмазов позволяют инструменту качественно обрабатывать такие хрупкие материалы, как горные породы с прочностью на раздавливание меньше чем 150Мра, например, сланец, песчаник, уголь, известняк, доломит и мрамор. При достаточно суровых условиях применения поликристаллические алмазы расслаиваются, что ведет к появлению новых режущих граней.

Не смотря на успешное применение стандартных поликристаллов на основе кобальта, их достаточно низкая термостойкость ограничивает область применения данных материалов. Однако эта проблема разрешилась с возникновением Syndax3, коэффициент термического расширения которого практически не отличается от алмаза. Но слой из Syndax3 не так прочно связан с твердым сплавом как в случае с Syndrill. Syndax3 производится с использованием зерен размером 15-30 µm по технологии, аналогичной с синтезом других поликристаллических продуктов, но вместо кобальта применяется карбид кремния, в результате чего термостойкость данного материала достигает 1200°С в восстановительной атмосфере.

Syndax3 производится в виде дисков 5 мм толщиной, из которых в случае необходимости нарезаются иглы и бруски в форме прямоугольников и треугольников. Инструмент на основе Syndax3 комбинирует потенциально высокую пробивную способность с высокой износоустойчивостью.

Поликристаллические кубониты

Поликристаллические кубониты типа Amborite, DBC50 и DBC80, производства компании De Beers, отличаются высоким содержанием КНБ и термостойкостью. Они обладают следующими характеристиками:

Amborite: содержание КНБ с размером зерна 8µm – 90%, использование Al катализатора.

DBC50: содержание КНБ с размером зерна 6µm – 80%, использование Ti и Al катализаторов.

Продукт типа DBC80 характеризуется более низким содержанием КНБ и термостойкостью.

DBC80: содержание КНБ с размером зерна 2µm – 50%, использование TiC катализатора.

Выбор поликристаллических материалов на основе кубонита

Волочение проволоки

20-ый век внес серьезные изменения в технологию производства проволоки и в усовершенствование материалов, используемых для этого процесса. От простейших машин, в которых применялись стальные блоки с просверленными в них отверстиями различных диаметров, производители пришли к применению более качественных и сложных волочильных установок. Использование в производстве волок драгоценных камней, например, сапфира, повысило их прочность. Однако, считается, что важную роль для экономичности и продуктивности волочения проволоки играет применение всего двух материалов. Один из них – это твердый сплав, который сочетает в себе твердость с прочностью, и поэтому производители проволоки широко используют твердосплавные заготовки. А второй материал – натуральный алмаз. Его суперпрочность, а также чистота рабочей поверхности, делает алмазы идеальным материалом для производства качественной проволоки, отвечающей самым высоким требованиям, не смотря на то, что использование алмаза ограниченно из-за размеров кристалла. В то же время широко используется и твердый сплав, особенно на этапе промежуточного волочения. В 1970 годах с применением волок из поликристаллических алмазов в производстве проволоки был сделан важный шаг вперед. Благодаря износоустойчивости поликристаллов данный тип волок превосходит по своим характеристикам продукцию на основе твердого сплава и натуральных алмазов.

Поликристаллы типа Syndie представляют собой массу кристаллов алмаза с некоторой примесью кобальта и характеризуются абсолютной прочностью и износоустойчивостью. Но в отличие от натуральных алмазов, для которых характерна разная прочность в зависимости от направления силы воздействия, поликристаллическая структура Syndie не имеет такого недостатка. А свойственные алмазным кристаллам характеристики у Syndie комбинируются с хорошей прочностью и жесткостью. Так же как и в случае с использованием поликристаллов в режущем инструменте, поликристаллические волоки – это идеальный материал при работе с неметаллическими материалами. Однако, в отличие от режущего инструмента, где поликристаллические алмазы подвергаются воздействию высоких температур, материал типа Syndie практически не имеет температурных ограничений. Это происходит благодаря высокой теплопроводности алмаза, позволяющей отверстию волоки быстро охлаждаться, а также относительно низкой скорости волочения. И хотя некоторые типы проволоки, например, из мягкой стали, требуют применения твердого сплава, поликристаллические алмазы типа Syndie используются для волочения как металлической, так и неметаллической проволоки.

В 1977 году компанией De Beers начали производиться первые заготовки волок, которые были ограниченны всего тремя вариантами. С того времени данный ряд заметно расширился и сегодня он включает 27 видов заготовок в 5-ти исполнениях. Размеры данного вида продуктов отвечают наиболее распространенным требованиям потребителей. С другой стороны заготовки нестандартных размеров дают возможность производителям волочить проволоку из различных материалов, а волоки характеризуются высокой износоустойчивостью, продуктивностью и низкой себестоимостью.

Волочение проволоки происходит при различных условиях, каждое из которых требует определенного размера поликристаллических алмазов типа Syndie. Например, материал с размером 25µm (025) способен противостоять самым суровым условиям эксплуатации. В то же время его структура позволяет достаточно легко производить волоки с хорошо отполированной рабочей поверхностью.

Данный размер легко поддается переработке, что очень важно для потребителей, имеющих свои собственные цеха для производства волок. Альтернативный материал, базирующийся на размере 8µm (008) позволяет волочить проволоку средних размеров. Благодаря его структуре производители могут изготовлять волоки с хорошо отполированной рабочей поверхностью (отверстием), что позволяет осуществлять более качественный процесс финишной доводки проволоки по сравнению с размером 025. Размер 10µm (010) также позволяет получать волоки с ровной рабочей поверхностью, что, в конечном счете, сказывается на результате. Однако данный размер не предназначен для получения очень тонкой проволоки, т.к. чем тоньше диаметр проволоки, тем менее крупный размер волок необходимо использовать. И для производства очень тонкой проволоки используется размер 4µm (004). Иными словами, выбор волоки неразрывно связан с ее размером, т.к. размер и диаметр зависят от типа проволоки, который производитель хочет получить.

Поликристаллические алмазы типа Syndie применяются при волочении металлических, неметаллических и огнеупорных материалов, а также для волочения драгоценных металлов.

В настоящее время твердосплавные волоки достаточно редко применяются для производства проволоки из неметаллических материалов. А продукция тип представлена Syndie таким большим количеством размеров, на заводах что производители могут даже выпускать прямые стержни вместо листового металлопроката. При работе с металлосодержащими материалами, такими, например, как нержавеющая сталь, Syndie прекрасно проявляет себя при волочении проволоки средних и тонких размеров.

Волоки из Syndie характеризуются высокой износоустойчивостью, что очень важно при работе на специальных волочильных установках с несколькими линиями, которые должны быть максимально защищены от любых поломок. И именно в этой сфере преимущество использования волок из Syndie перед твердосплавными волоками очевидно. Кроме того, волоки из Syndie позволяют производить качественную проволоку.

Данный материал также прекрасно подходит для применения в профилированных волоках. И хотя эта область применения Syndie достаточно специфична, но рынок растет, и объем такого использования увеличивается.

Есть и другие сферы применения, хотя и не совсем освоенные, в которых широко применяется материал типа Syndie.

Поликристаллические продукты

Syndite - композиционный материал на основе поликристаллических алмазов и сегментов из твердого сплава для обработки неметаллических материалов.

Sindrill - композиционный материал на основе поликристаллических алмазов и сегментов из твердого сплава для обработки неметаллических материалов.

Syndyx3 - прочный композиционный материал их поликристаллических алмазов и сегментов из твердого сплава для обработки неметаллических материалов.

Syndie и Maxidisc - поликристаллические алмазные заготовки, используемые для волочения проволоки, а также применяемые в производстве сегментов.

Amborite - прочный композиционный материал на основе кубонитов для обработки твердых металлических материалов.

DBC50 и DBC80 - прочный композиционный материал на основе кубонитов и сегментов из твердого сплава для обработки твердых металлических материалов.

Поликристаллические материалы

Введение