3. Синтетические абразивы

• Минераль­ный шлак (купрошлак или никельшлак): применяются для наружной очистки металлических, каменных, бетонных, кирпичных, деревянных поверхностей.

• Колотая стальная дробь: Применяется для удаления плотной окалины и обработки мягкого камня.

Искусственный алмаз: Синтез при высоком давлении, обработка твердых сплавов, камня, стекла, цветных металлов. Алмаз синтетический

Алмаз синтетический – абразивный материал, получаемый синтезом из графита при высоких давлениях и температуре. Объем производства синтетических алмазов в несколько раз превышает объем добычи природных алмазов. Свойства синтетического алмаза аналогичны свойствам природного, по абразивной способности синтетические алмазы не уступают природным, имея своим преимуществом меньшую стоимость обработки.

 

Синтетические алмазы широко применяются для изготовления алмазно-абразивного инструмента на различных связках (органических, керамических, металлических). Порошки и микрошлифпорошки синтетических алмазов идут на производство паст для доводочных и притирочных операций. Инструменты из синтетических алмазов с размером зерен до 400 мкм применяют для тех же операций обработки, что и инструменты из природных алмазов.

 

Одной из основных характеристик алмазного инструмента является содержание алмаза в алмазоносном слое или концентрация алмаза. Стопроцентной концентрации алмаза соответствует содержание его в количестве 4,4 карата в 1 см³алмазоносного слоя. По заказам потребителей могут быть изготовлены инструменты с различной концентрацией алмазов

 

Сотворить алмаз

 

Первые попытки получить искусственные алмазы предпринимались еще в конце XIX века, но все они не имели успеха.

 

Лишь в декабре 1954 учеными компании «Дженерал электрик» Ф. Банди, Т. Холлом, Г.М. Стронгом и Р.Х. Уэнторфом были синтезированы алмазы на аппаратуре, сконструированной П.У. Бриджменом из Гарвардского университета. Под давлением 126 600 кг/см² и при температуре 2430°. С этим ученым удалось получить из графита мелкие технические алмазы, но они были настолько мелкие, что говорили - если бы кто-нибудь чихнул в неподходящий момент, это привело бы к потере всего мирового запаса.

 

В СССР искусственные алмазы были изготовлены в 1960 в Институте физики высоких давлений АН СССР, руководимом Л.Ф. Верещагиным, а уже в 1961 в Киеве было налажено их промышленное производство. В настоящее время технические алмазы производят в промышленных масштабах

В 1970 Стронгу и Уэнторфу удалось получить искусственные алмазы ювелирного качества. Такие алмазы изготавливаются путем растворения порошка синтетического алмаза в ванне из расплавленного металла. Атомы углерода из растворенного порошка мигрируют к одному краю ванны, где помещаются крошечные затравочные кристаллы алмаза. Атомы углерода оседают и кристаллизуются на этих кристаллах, которые вырастают до алмазов массой в один карат и более. Для этого процесса требуются чрезвычайно высокие давления и температуры. Сегодня искусственные ювелирные алмазы стоят дороже природных, и их производство нерентабельно.

 

Массовый интерес к алмазам объясняется их ценностью как драгоценных камней, но еще более важное значение они приобретают в качестве материала для армирования металлорежущих и других инструментов, широко используемых в промышленности (резцов, сверл, фильер, штампов, дисковых пил, буровых коронок и т. д.), а также в качестве абразивов (алмазных порошков). Ювелирные алмазы, то есть их прозрачные бесцветные (или слегка желтоватые) и красиво окрашенные кристаллы, составляют лишь малую долю всех добываемых камней. Подавляющее большинство природных алмазов, а также все искусственные алмазы являются техническими.  Инструменты, армированные техническими, природными или искусственными алмазами, служат для обработки металлов. Они используются для распиловки, резания, обтачивания, расточки, сверления, вытачивания, штамповки, волочения и т.д. стали и других металлов, карбидов, оксида алюминия (искусственного корунда), кварца, стекла, керамики и прочих твердых материалов, а также для бурения скважин в твердых породах. Алмазные пилы применяют при добыче и обработке строительного камня и для резки поделочных камней. Алмазный порошок служит для обдирки, шлифовки и полировки сталей и сплавов, а также для шлифовки и огранки ювелирных алмазов и других твердых драгоценных камней.

• Кубический нитрид бора боразон (В России кубический нитрид бора знают как эльбор): Синтез при высоком давлении, применяют при шлифовании деталей из различных сталей и сплавов.

• Сплав бор-углерод-кремний: Сплавление бора с углеродом и кремнием в дуговой печи, обработка черных, и цветных металлов, камня, стекла и др.

• Карбид бора (B₄C): тугоплавкое соединение, по твёрдости уступает лишь алмазу. Применяется для обработки твердых сплавов, стекла, черных металлов.

• Карбид кремния (SiC) или Карборунд: Химическое соединение кремния с углеродом. Впервые получен в электрической печи в 1891 году. Лучшим считается американский — Carborundum С°, Norton; немецкий из-за примесей хуже. Чем меньше размеры его зёрен, тем больше их прочность. Применяется в порошке для изготовления искусственных кругов и шкурок для обработки твёрдых сплавов, цветных металлов и титана.

• Нитрид кремния: обработка черных и цветных металлов.

• Нитрид алюминия: обработка металлов.

• Электрокорунд (Al₂O₃): кристаллическая окись алюминия. Применяется при обработке черных металлов, изредка камня и стекла. Электрокорунд циркониевый представляет собой разновидность электрокорунда, получаемого при плавке в электрической дуговой печи шихты, в состав которой входит сырье, содержащее глинозем, чистый оксид циркония или бадделеитовый концентрат. Плавят циркониевый электрокорунд в наклоняющихся электропечах методом на слив с последующим интенсивным охлаждением расплава, что позволяет получить микрокристаллический материал с размером микролитов около 5 мкм, а размеры первичных скелетных кристаллов корунда – 30-50 мкм. Основными составляющими циркониевого электрокорунда являются бадделеит (ZrO2) и корунд. Содержание оксида циркония не менее 25% для марки 38А-5 и не менее 23% для марок 38А-3 и 38А-4. Плотность циркониевого электрокорунда - 4,05-4,15 г/см³, микротвердость – 22,6-23,5 ГПа (2300-2400 кгс/мм²), механическая прочность (для материала зернистостью 125) – до 589Н (60 кг), разрушаемость – не более 12% для марки 38А-5 и не более 17% для марки 38А-4. Материалы шлифовальные из циркониевого электрокорунда выпускают зернистостями 250-16 и используют в производстве обдирочных кругов. Коэффициент шлифования инструмента из циркониевого электрокорунда на обдирочных операциях в 10 и более раз превышает этот показатель для инструмента из электрокорунда нормального. Благодаря высокой прочности этот материал способен обрабатывать материал с усилием прижима примерно в 10 раз большим, чем обычный шлифовальный круг из других материалов. При черновом и обдирочном шлифовании применение кругов из такого материала очень эффективно – за счет незначительного нагревания заготовки на обработанной поверхности не возникают прижоги.

 

Микрокристаллическая структура циркониевого электрокорунда дает эффект самозатачивания –во время изнашивания в результате ломки появляются все новые и острые кромки. Поэтому циркониевый электрокорунд подходит прежде всего для обработки вязко-твердых материалов, таких, как, например, стойкие против коррозии стали.

• Формокорунд

формокорунд – шлифовальный материал, зерна которого имеют в основном цилиндрическую или призматическую форму. Формокорунд получают методом экструдирования специально подготовленной шихты с последующим спеканием при температуре 1700 ^оС. Содержание А12О3 в формокорунде 80-87%, Fe2O3 не более 1,5%. В настоящее время зерно формокорунда выпускают цилиндрической (С) и призматической (Р) форм следующих размеров: диаметр или ширина квадратного сечения 1,2-2,8мм, длина 3,8-8,0мм. Мелкая кристаллизация формокорунда, высокие прочностные свойства, хорошая самозатачиваемость обуславливают преимущественное использование его в производстве абразивного инструмента для тяжелых обдирочных работ.

• Оксид циркония (фианит): обработка черных и цветных металлов.

• Двуокись церия: обработка стекла (полирит).

• Двуокись олова: обработка стекла, полирование металлов.

• Двуокись титана: полирование цветных металлов.

• Крокус красный (железный) получается прокаливанием щавелевокислого железа; полировальный порошок для металла и стекла.

• Крокус зеленый (окись хрома): для полировки твёрдых камней (кварц, агат, нефрит), черных и цветных металлов.

Разрабатываются новые перспективные абразивные материалы:

• Нитрид углерода C₃N₄

• Сплав карбида титана (TiC) и карбида скандия (Sc₄C₃)

Отдельно следует выделить метод магнитоабразивной обработки и материалов для её осуществления. Суть метода заключается в использовании материалов с высокими абразивными и магнитными свойствами, что позволяет производить так называемую мягкую обработку и выполнять полирование на более высоком уровне.

Таблица сравнения абразивных мате­риалов, используемых при абразивоструйной очистке

Материал	Размер сита	Форма	Плотность, г/см³	Твердость по Моосу	Хрупкость	Происхождение	Применение
Песок	6-270	*	6,24	5.0-6.0	высокая	природный материал	Наружная очистка
Минераль­ный шлак купершлак/никельшлак	8-80	*	5,304-6,9888	7.0-7.5	высокая	отходы	Наружная очистка
Колотая дробь	10-325	*	14,352	8.0	низкая	производство	Удаление плотной окалины
Стальная дробь	8-200	°	17,472	8.0	низкая	производство	Очистка, упрочнение
Оксид алюминия	12-325	*	7,8	8.0-9.0+	средняя	производство	Очистка, отделка, удаление заусенцев, гравировка
Стеклянные шарики	10-400	°	5,304 — 5,616	5.5	средняя	производство	Очистка, отделка
Пластик	12-80	*	2,808-3,744	3.0-4.0	низкая/ средняя	производство	Удаление краски, снятие заусенцев, очистка
Пшеничный крахмал	12-50	*	5,616	2.8-3.0	высокая	отходы	Удаление краски, очистка
Кукурузные початки	8-40	*	2,184-2,208	2.0-4.5	средняя	отходы	Удаление краски с деликатных поверхнос­тей

° — круглая; * — остроугольная

Конструкция шлифовальной шкурки

Гибкость основы

Абразивные материалы, нанесенные на покрытую смолой основу, очень жесткие и ломкие. Посредством контролируемого раскалывания смоляной корки в мелкие трещины материал становится гибким и растяжимым. Гибкие абразивы уменьшают образование царапин особенно на вогнутых и сильно изогнутых поверхностях, где важна гибкость материала. Существует четыре типа гибкости основы шлифовальной шкурки:

• не гнущиеся (рисовать, как вы понимаете, нечего)

• гнутся под углом 45^о

• гнутся под углом 90^о

• гнутся под двойным углом 45^о и одним углом 90^о

Основы бывают:

• Бумажные

• Текстильные

• Комбинированные (прочная бумага с тканью)

• Вулканизированное волокно

• Пластиковая пленка  Бумажная основа. Бумажные материалы основы классифицируются по их весу в расчете на м².

Бумага	Вес, г/м2	Прочность на растяжение, кг/см.
"А"	90	10
"В"	110	14
"С"	125	16
"D"	150-180	20
"Е"	220-250	28
"F"	270	32
"Т"	300	36

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

"А" и "В" бумага используется для мелких зерен и в продукции, предназначенной для ручной шлифовки.    

"С" бумага используется в продукции, пользующейся наибольшим спросом.    "С" бумага применяется в сочетании с зерном средней грубости. "С" бумага выносит более высокие нагрузки, чем бумага "А" и "В", но она также более дорогая.    "В", "С" и "D" бумага в сочетании со специальной цепляющейся тканью velcro или клеевым напылением на эксцентриковых шлифовальных машинах.    "D" бумага используется в листовой продукции для ручных работ и виброшлифовальных машин грубыми зернами.    "Е" бумага используется в производстве узких шлифовальных лент, а также дисков и листов грубого зерна.    "F" бумага используется в производстве калибровально шлифовальных лент и лент ШлПС, пользующихся высоким спросом, особенно широких, где высоки требования к форме, устойчивости и прочности при растяжении.    "Т" бумага используется для грубых зерен и для очень тяжелых широких шлифовальных лент.    Текстильная основа.    Широкое применение имеют шлифовальные материалы на текстильной основе. Различают 5 основных видов текстильных основ: полиэстер, синтетическая (условное обозначение Y), хлопчатобумажная плотная ткань (Х), хлопчатобумажная эластичная ткань (J), хлопчатобумажная ткань повышенной эластичности (F или JJ).    Текстильные основы классифицируются по их плотности.

Ткань	Прочность на растяжение, кг/см.
"F" или "JJ"	30
"J"	32
"Х"	50
"Y"	60
Полиэстер	70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шлифовальная шкурка на синтетической основе используются в мебельной промышленности в основном в виде калибровальных лент (в том числе и сегментных лент) для калибровки и шлифовки различных щитов. Достаточно крепкая основа выдерживает очень высокие нагрузки, позволяя использовать шлиф шкурку при грубой шлифовке (т.е. при агрессивной калибровке). Наиболее часто применяется шлиф шкурка на текстильной основе Х. Её используют в виде шлифовальных лент на различных ручных шлифовальных машинках, на станках ШлПС, калибровальных станках. Плотная текстильная основа делает шлифовальные ленты устойчивыми к вытягиванию, позволяя им выдерживать высокие нагрузки. При шлифовке незначительных рельефных поверхностей используют шлифовальную шкурку на текстильной основе J. При обработке более рельефных поверхностей используют ткань F в виде узких шлифовальных лент, шлиф лент для пневматических барабанов, в системе лепесткового шлифования. Некоторые производители абразивных материалов производят аналоги шлифовальной шкурки F, которые отличаются более низкими ценами, используются для ручного шлифования и машинных работ с небольшой нагрузкой на саму текстильную основу. Дешевизна таких шлифовальных материалов достигается использованием более дешевой ткани в качестве основы, которая не выдерживает высоких нагрузок и температур. Другие характеристики - смола, абразив, технология нанесение абразива аналогичны F. В последнее время такая шлиф шкурка нашла широкое применение на плоских виброшлифовальных машинках. Комбинация основа (прочная бумага с тканью). Комбинированная основа включает в себя тяжелую бумагу, которая с наружной стороны (со стороны абразива) усилена легкой тканью. Ткань повышает устойчивость к растяжению и защищает бумагу от ломкости. Вулканизированное волокно. Волоконная основа базируется на хлопковой целлюлозе (вулканизированное волокно). Волоконная основа дает абразивный продукт, который по прочности находится между мягкими и твердыми абразивами и из него производят фибровые диски. Этот продукт используется для выравнивания сварочных швов и очистки от ржавчины, краски и нивелировки. Пластиковая пленка. Пластиковая пленка используется вместо бумаги А-В-С для мелких зерен и для продукции, которая не скользит, когда требуется неподвижная конструкция. Не смотря на это этот продукт, создает проблемы для окружающей среды т.к. не разлагается в природе. Связующие материалы и их сочетания:

·  Натуральные клеи

·  Смола поверх клея

·  Смола поверх смолы  Натуральный клей. Как и клей соединяющий зерно и основу, так и клей связующий абразивное напыление - натуральные. Они используются для абразивной продукции, не подвергаемой сильной нагрузке при шлифовании. Смола поверх клея. Натуральный клей обеспечивает хорошее нанесение зерна и поэтому хорошую агрессивность зерна. Второй слой смола или фенол. Смола хорошо удерживает абразивные частицы в результате обеспечивает длительный срок службы и большую устойчивость. Смола поверх смолы. Первый и второй слои смолы, обычно фенольные, которые называют бакелитовыми за их твердость. Сама смола как устойчивая к нагреву так и водонепроницаемая и используется спросом промышленных производств. Технология нанесения зерна. Существует два основных метода нанесения абразивных зерен на основу. Это свободное и электростатическое размещение зерна. Свободное размещение зерна. На рисунке зерна размещаются в свободном порядке на основе, покрытой клеящим составом. Направление зерен случайно.

Электростатическое размещение зерна. При прохождении через сильное электрическое поле зерна получают заряд и улетают в сторону, противоположную положительному полюсу поля. Благодаря разнице в заряде основы и заряду абразивных частиц притягиваются положительным полем к основе.

   Виды насыпки зерна    Существуют три основные вида насыпки зерна:

открытая

полуоткрытая

закрытая Открытая насыпка зерна. Зерна широко рассыпаны и покрывают 50-70% поверхности. Идеально подходит для обработки вязких и сыпучих материалов, где зерна больше забиваются отходами шлифования, чем изнашиваются. Пространство между зернами дает много места для стружек, опилок и проникающие опилки не так легко удерживаются между зернами.

Полуоткрытая насыпка зерна. Промежуточная форма между открытой и закрытой. Закрытая насыпка зерна.  Зерна лежат зерно к зерну, без каких либо промежутков между ними. Подходит для обработки жестких материалов, которые мало стачиваются и пыл не забивается между абразивными зернами.

  Cпециальные обработки: Стеаратное покрытие. Различают два типа стеарата: 1. Стеарат цинка. - низкая температура плавления, приблизительно 110^оС - гладкий и скользкий 2. Стеарат кальция. - температура плавления выше, приблизительно 140^оС Цель покрытия стеаратом - минимизировать вязкость. - стеарат делает абразивную поверхность пылеотталкивающей - при шлифовании стеарат имеет скользящий и охлаждающий эффект, тем самым минимизирует трение - стеарат заполняет структуру и полости, где застревает пыль. Это также уменьшает агрессивность в начале шлифовки. В результате увеличивается срок службы продукта, поскольку стеарат изнашивается постепенно по мере износа самого продукта - стеарат также дает окраску поверхности материала и может быть использован для придания материалу различного внешнего вида    Другие факторы, связанные со стеаратом: - количество напыления, уровень и равномерность - значение отталкивающих компонентов - количество, мягкость и вязкость    Факторы в пользу того, что стеарат не может или только частично может употребляться: - толщина или уровень напыления - степень напыления - плотность распределения зерна, а именно расстояние между зернами