다이아몬드 공구의 가장 효과적인 사용은 비철금속 및 그 합금, 비금속 및 복합 재료로 만들어진 부품을 가공할 때 마무리 작업입니다. 공구 재료로서 다이아몬드는 상대적으로 낮은 내열성과 고온에서 철의 확산 용해라는 두 가지 중요한 단점을 가지고 있습니다. 이는 탄화물을 형성할 수 있는 강철 및 합금을 가공할 때 다이아몬드 공구의 사용을 실질적으로 배제합니다. 동시에 매우 높은 열전도율로 인해 칼날의 절삭날이 집중적으로 냉각되므로 다이아몬드 공구는 높은 절삭 속도 작업에 적합합니다.

세계적으로 실제로 존재하는 다이아몬드 기반 STM의 유형이 그림 1에 나와 있습니다. 6.23.

쌀. 6.23 다이아몬드 기반 날 도구용 초경질 재료

단결정 다이아몬드 블레이드 공구는 라디오 세라믹, 반도체 재료 가공 및 비철 합금의 고정밀 가공에 사용됩니다. 단결정 다이아몬드 공구는 기록적인 내마모성과 절삭날의 최소 반올림 반경을 특징으로 하여 가공된 표면의 고품질을 보장합니다. 단결정 다이아몬드 블레이드 공구의 비용은 다결정 다이아몬드 공구 비용보다 몇 배 더 높다는 점을 고려해야 합니다. 단결정 다이아몬드와 비교하여 도구용 다결정 다이아몬드(PCD, 해외 PCD)의 장점은 절삭 인서트 작업 층의 임의 결정 방향과 관련되어 있어 모든 방향에서 경도와 내마모성의 높은 균일성을 보장합니다. 고강도 값. 상전이를 기반으로 얻은 다결정 다이아몬드 중에서 금속 용매가 있는 상태에서 합성하는 동안 흑연에서 얻은 ASPC 등급이 블레이드 도구로 널리 보급되었습니다. ASPC 등급은 직경 2, 3, 4mm, 길이 최대 4mm의 원통 형태로 생산됩니다.

모든 유형의 PCD 중에서 가장 일반적인 것은 코발트 촉매가 있는 상태에서 다이아몬드 분말(크기 1~30 마이크론)을 소결하여 얻은 다이아몬드 도구입니다. 예를 들어 세밀한 CMX850 또는 ElementSix의 범용 브랜드 CTM302, VNIIALMAZ, OJSC MPO VAI의 다양한 모양의 인서트가 있습니다. 플레이트의 강도와 도구 본체에 납땜을 통한 고정 편의성 측면에서 상당한 이점은 ATP-다이아몬드-카바이드 플레이트라고도 불리는 카바이드 기판에 다이아몬드 층이 있는 2층 플레이트에 의해 제공됩니다. 예를 들어, 다양한 크기의 플레이트는 Diamond Innovations에서 Compax라는 브랜드 이름으로 해외에서 생산됩니다. Element Six는 0.3~2.5mm의 다이아몬드 층 두께와 다양한 다이아몬드 입자 크기를 갖춘 Sindite 인서트를 생산합니다. 국내에서 생산된 2층 SVBN을 표준 크기의 초경판 상단에 납땜합니다. 복합재 클래스에는 경질 합금을 기반으로 한 다이아몬드 함유 재료뿐만 아니라 다결정 다이아몬드 및 육각형 질화붕소를 기반으로 한 구성도 포함됩니다. 작동이 입증된 다이아몬드-경질 합금 복합재 중에서 "Slavutich"(천연 다이아몬드) 및 "Tvesal"(합성 다이아몬드)을 언급해야 합니다.

화학 기상 증착(CVD-다이아몬드)으로 얻은 다이아몬드 다결정은 근본적으로 새로운 유형의 다이아몬드 기반 STM을 나타냅니다. 다른 유형의 다결정 다이아몬드에 비해 순도, 경도 및 열전도율은 높지만 강도는 낮은 것이 특징입니다. 그들은 두꺼운 필름을 나타내며 실제로 두께가 0.3...2.0mm(가장 일반적인 두께는 0.5mm)인 플레이트로, 성장 후 기판에서 벗겨지고 레이저로 절단되고 카바이드에 납땜됩니다. 삽입. 마모성이 높고 단단한 재료를 가공할 때 다른 PCD에 비해 내구성이 몇 배나 높습니다. CVDite라는 일반 이름으로 이러한 PCD를 생산하는 ElementSix에 따르면 이러한 PCD는 세라믹, 경질 합금 및 금속 매트릭스 구성의 연속 선삭에 권장됩니다. 강철 가공에는 사용되지 않습니다. 최근 몇 년 동안 CVD 기술을 사용한 단결정 다이아몬드의 산업적 성장에 관한 출판물이 나왔습니다. 따라서 우리는 이러한 유형의 단결정 다이아몬드 도구가 가까운 미래에 시장에 출시될 것으로 예상해야 합니다.

CVD 기술은 위에서 설명한 다이아몬드 블레이드 공구뿐만 아니라 카바이드 및 일부 세라믹 공구 재료의 다이아몬드 코팅도 생산합니다. 공정 온도가 600~1000°C이므로 이러한 코팅은 강철 도구에 적용할 수 없습니다. 복잡한 프로파일 도구(드릴, 밀링 커터, SMP)를 포함한 도구의 코팅 두께는 1~40미크론입니다. 다이아몬드 코팅의 합리적인 사용 영역은 CVD 다이아몬드 공구와 유사합니다.

다이아몬드 코팅은 다이아몬드 유사 코팅과 구별되어야 합니다. DLC(Diamond-LikeCoating) 비정질 코팅은 다이아몬드와 흑연 유사 결합을 모두 갖춘 탄소 원자로 구성됩니다. PVD(물리적 기상 증착) 및 PACVD(플라즈마 활성화 화학 기상 증착)를 통해 적용되는 다이아몬드 유사 코팅은 두께가 1~30미크론(보통 약 5미크론)이며 높은 경도와 기록적으로 낮은 마찰 계수가 특징입니다. . 이러한 코팅을 적용하는 과정은 300°C 이하의 온도에서 수행되므로 고속 도구의 내구성을 높이는 데에도 사용됩니다. 다이아몬드 유사 코팅의 가장 큰 효과는 구리, 알루미늄, 티타늄 합금, 비금속 재료 및 마모성이 높은 재료를 가공할 때 달성됩니다.

질화붕소를 기반으로 한 초경질 복합재.다결정 입방정 질화붕소(러시아에서는 PCBN, 해외에서는 PCBN)를 기반으로 한 STM은 경도가 다이아몬드보다 약간 열등하며 높은 내열성, 고온에 대한 주기적인 노출에 대한 저항성, 그리고 가장 중요하게는 철과의 화학적 상호 작용이 약하다는 특징이 있습니다. BN 기반 공구의 사용 효율성은 고경도를 포함하여 주철 및 강철을 가공할 때 발생합니다.

해외에서는 ISO 513에 따라 PCBN 등급 구분이 재료의 입방정 질화붕소 함량에 따라 수행됩니다. BN 함량(지수 "H")은 높고(70...95%) 상대적으로 작습니다. 바인더 함량이 낮고(40~70%) BN 함량이 낮습니다(지수 "L"). 함량이 낮은 PCBN 등급의 경우 TiCN 세라믹 본드가 사용됩니다. BN 함량이 높은 재종은 경화 및 표백을 포함한 모든 종류의 주철의 고속 가공과 내열성 니켈 합금의 선삭에 권장됩니다. BN 함량이 낮은 PCBN은 강도가 더 뛰어나며 주로 단속 가공을 포함하여 경화강 가공에 사용됩니다. 스미토모 전기는 또한 강철의 고속 가공에 대한 저항성을 높이고 고품질 표면 마감을 제공하는 세라믹 코팅 PCBN 인서트(BNC 유형)를 생산합니다.

구조가 균질할 뿐만 아니라 PCBN은 카바이드 베이스(PKA와 유사)가 있는 2층 플레이트 형태로 생산됩니다. 복합 PCBN은 합성 다이아몬드 분말과 입방정 또는 우르자이트 질화붕소의 혼합물을 소결하여 생산됩니다. 외국에서는 우르츠광 질화붕소를 기반으로 한 재료가 널리 사용되지 않습니다.

입방정 질화붕소 기반 STM의 목적:

복합재 01(Elbor R), 복합재 02(Belbor R) - 모든 경도의 경화강 및 주철, 바인더 함량이 15%를 초과하는 경질 합금의 충격 및 페이스 밀링 없이 정밀하고 정밀한 선삭.

복합재 03(Ismit) - 모든 경도의 경화강 및 주철의 마감 및 준미세 가공.

복합재 05, 복합재 05IT, 복합재 KP3 - 최대 55HRC의 경화강과 경도 160...600HB의 회주철에 충격을 주지 않고 예비 및 최종 선삭, 절삭 깊이 최대 0.2...2mm, 주철 페이스 밀링.

복합재 06 - 최대 63HRC의 경화강을 정밀 선삭합니다.

복합재 10(Hexanit R), 복합재 KP3 - 충격 유무에 관계없이 예비 및 최종 선삭, 모든 경도의 강철 및 주철 페이스 밀링, 바인더 함량이 15% 이상인 경질 합금, 간헐 선삭, 용착 부품 가공. 절단 깊이 0.05...0.7 mm.

Tomal 10, Composite 10D - 모든 경도의 주철의 황삭, 준황삭 및 정삭 터닝 및 밀링, 강철 및 구리 기반 합금의 터닝 및 보링, 주조 크러스트 절단.

복합재 11(Kiborit) - 모든 경도의 경화강 및 주철의 충격 선삭을 포함한 예비 및 최종 선삭, 내마모성 플라즈마 표면 처리, 경화강 및 주철의 페이스 밀링.

해외에서는 ElementSix, Diamond Innovations, Sumitomo Electric Industries, Toshiba Tungalloy, Kyocera, NTK Cutting Tools, Ceram Tec, Kennametal, Seco Tools, Mitsubishi Carbide, Sandvik Coromant, ISM (우크라이나), Widia, 쌍용에서 PCBN 기반 블레이드 공구를 생산합니다. 재료공사 등

STM으로 만든 블레이드 절삭공구를 효과적으로 활용하는 주요 분야는 CNC 기계, 다목적 기계, 자동 라인, 특수 고속 기계를 기반으로 한 자동화 생산입니다. 진동 및 충격 하중에 대한 STM 공구의 민감도가 높아짐에 따라 기술 시스템의 정확도, 진동 저항 및 견고성 측면에서 기계에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 다양한 종류의 CBN(입방정질화붕소복합체)은 경도와 강도가 높은 경화강, 주철 가공에 사용됩니다. 복합재는 화학적 조성과 현대적인 소결 기술로 인해 가공 중에 탁월한 성능을 발휘하고 우수한 표면 품질을 제공합니다(그림 6.24).

그림 6.24 - CBN 기반 복합재의 미세 구조에 대한 일반적인 이미지

STM 공구를 사용하면 초경 공구에 비해 가공 생산성을 여러 배 높이는 동시에 가공 표면의 품질을 향상시키고 후속 연마 가공이 필요하지 않습니다. 최적의 절단 속도 선택은 제거된 여유량, 장비 성능, 이송, 절단 공정 중 충격 하중의 존재 및 기타 여러 요인에 따라 결정됩니다(그림 6.25, 6.26).

그림 6.26 - 일부 복합재 등급의 적용 영역

그림 6.26 - STM 도구를 사용한 경화강 가공의 예

7 절단을 통해 재료를 가공할 때 기술 프로세스 구성의 원리.

초경질로 간주되는 재료는 무엇입니까? 적용 범위는 무엇입니까? 다이아몬드보다 단단한 물질이 있나요? 결정학 박사 Artem Oganov 교수가 이에 대해 이야기합니다.

초경질 재료는 경도가 40기가파스칼 이상인 재료입니다. 경도는 전통적으로 긁힘으로 측정되는 특성입니다. 한 재료가 다른 재료를 긁으면 경도가 더 높은 것으로 간주됩니다. 이는 상대적인 경도로 엄격한 정량적 특성을 갖지 않습니다. 경도의 엄격한 정량적 특성은 압력 테스트를 사용하여 결정됩니다. 일반적으로 다이아몬드로 만들어진 피라미드를 잡고 약간의 힘을 가하고 피라미드를 시험 재료의 표면에 누르고 압력을 측정하고 압입 면적을 측정하고 보정 계수를 적용하면 이 값이 재료의 경도. 힘을 면적으로 나누기 때문에 압력의 차원을 가지므로 기가파스칼(GPa)입니다.

40 GPa는 입방정 다결정질화붕소의 경도입니다. 이것은 널리 사용되는 고전적인 초경질 재료입니다. 지금까지 인류가 알고 있는 가장 단단한 물질은 다이아몬드입니다. 다이아몬드보다 단단한 물질을 발견하려는 시도는 오랫동안 계속되어 왔으며 오늘날에도 계속되고 있습니다. 지금까지 이러한 시도는 성공으로 이어지지 않았습니다.

왜 초경질 재료가 필요한가요? 초경질 물질의 수는 오늘날 알려져 있는 약 10~15개 정도로 적습니다. 첫째, 초경질 재료는 절단, 연마, 연삭 및 드릴링에 사용될 수 있습니다. 공작 기계 제작, 보석 제작, 석재 가공, 채광, 시추 등과 관련된 작업에는 초경질 재료가 필요합니다.

다이아몬드는 가장 단단한 물질이지만 가장 최적의 물질은 아닙니다. 사실 다이아몬드는 첫째로 깨지기 쉽고 둘째로 다이아몬드는 산소 분위기에서 연소됩니다. 산소 분위기에서 높은 온도까지 가열되는 드릴을 상상해 보십시오. 탄소 원소인 다이아몬드는 타버릴 것입니다. 게다가 다이아몬드는 강철을 자를 수 없습니다. 왜? 탄소는 철과 반응하여 탄화철을 형성하기 때문에 다이아몬드는 충분히 높은 온도에서 강철에 용해되므로 다른 재료를 찾아야 합니다. 게다가 다이아몬드는 물론 상당히 비싸며 합성 다이아몬드라 할지라도 충분히 저렴한 재료는 아닙니다.

더욱이, 초경질 재료는 방탄복 및 기타 군사 보호 장치에 여전히 유용할 수 있습니다. 특히 초경질이면서도 매우 가벼운 탄화붕소 등의 소재가 널리 사용되고 있다. 이것이 초경질재료의 적용범위이다.

초경질 물질은 강한 공유 결합을 가진 물질로 형성되는 것으로 알려져 있습니다. 이온 결합은 경도를 감소시킵니다. 금속 결합은 또한 경도를 감소시킵니다. 결합은 강력하고 방향성이 있어야 하며, 즉 공유 결합이어야 하며 가능한 한 짧아야 합니다. 물질의 밀도는 단위 부피당 원자 수의 의미에서 가능한 한 높아야 합니다. 그리고 가능하다면 물질의 대칭성도 매우 높아서 물질이 이 방향, 이 방향, 이 방향에서 똑같이 강해야 합니다. 그렇지 않으면 결합이 매우 강하지만 두 방향으로만 이야기가 진행되고, 세 번째 방향에서는 층 사이의 결합이 극도로 약해 결과적으로 물질도 부드러워지는 흑연과 동일하게 됩니다.

전 세계의 많은 연구소와 실험실에서 초경질 재료의 합성 및 개발에 참여하고 있습니다. 특히 모스크바 지역의 고압 물리학 연구소, 모스크바 지역의 초경질 및 신탄소 재료 연구소, 키예프의 초경질 재료 연구소 및 서부의 여러 실험실이 있습니다. 이 분야의 활발한 발전은 스웨덴과 미국에서 인공 다이아몬드가 처음 생산된 50년대에 시작되었다고 생각합니다. 처음에는 이러한 개발이 비밀로 이루어졌지만 곧 소련에서도 고압 물리학 연구소와 초경질 재료 연구소의 연구원들의 연구 덕분에 인공 다이아몬드 합성이 확립되었습니다.

다이아몬드보다 단단한 물질을 만들려는 다양한 시도가 있어왔습니다. 첫 번째 시도는 풀러렌을 기반으로 했습니다. - 축구공과 유사한 분자, 속이 빈 분자, 둥글거나 다소 길쭉한 분자입니다. 이들 분자 사이의 결합은 매우 약합니다. 즉, 건강한 분자들로 이루어진 분자결정체이다. 하지만 분자 사이의 결합은 약해요, 반 데르 발스. 이런 종류의 결정이 압착되면 분자 사이, 이 공 사이에 결합이 형성되기 시작하고 구조는 3차원적으로 연결된 공유 결합 구조로 변하게 됩니다. 이 재료는 Superhard and New Carbon Materials 기술 연구소의 이름을 따서 티스누마이트로 명명되었습니다. 이 물질은 다이아몬드보다 단단할 것으로 추정되었지만, 추가 연구에 따르면 그렇지 않을 가능성이 가장 높은 것으로 나타났습니다.

질화탄소가 다이아몬드보다 단단할 수 있다는 제안과 활발한 논의가 있었지만, 활발한 논의와 연구에도 불구하고 아직 그런 물질은 세상에 나오지 못했다.

중국 연구자들은 이론적 계산을 바탕으로 탄소의 또 다른 변형이 여러 면에서 다이아몬드와 유사하지만 다이아몬드와 약간 다르며 론스달라이트라고 불리는 다소 재미있는 작업을 제안했습니다. 이 연구에 따르면 론스달라이트는 다이아몬드보다 단단합니다. Lonsdaleite는 흥미로운 재료인데, 이 재료의 얇은 라멜라가 충격 압축 다이아몬드에서 발견되었습니다. 이 광물은 20세기 50~70년대에 살았던 영국의 위대한 결정학자인 유명한 여성 캐슬린 론스데일의 이름을 따서 명명되었습니다. 그녀는 매우 흥미로운 전기를 가지고 있었는데, 제2차 세계 대전 중에 불 끄기를 거부하면서 감옥에서 시간을 보내기도 했습니다. 그녀는 종교적으로 퀘이커였으며, 퀘이커는 불을 끄는 것조차 포함하여 전쟁과 관련된 모든 활동이 금지되었습니다. 그리고 이를 위해 그들은 그녀를 논 마차에 태웠습니다. 그러나 그럼에도 불구하고 그녀에게는 모든 것이 괜찮았고 그녀는 국제 결정학 연합의 회장이었으며 이 광물은 그녀의 이름을 따서 명명되었습니다.

사용 가능한 모든 실험적 및 이론적 데이터로 판단하면 Lonsdaleite는 여전히 다이아몬드보다 부드럽습니다. 이들 중국 연구자들의 연구 결과를 보면, 그들의 계산에 따라서도 론스달라이트가 다이아몬드보다 부드럽다는 것을 알 수 있습니다. 그러나 어쩐지 그들 자신의 결과와는 정반대로 결론이 도출되었다.

따라서 가장 단단한 물질로서 다이아몬드를 대체할 실제 후보가 없다는 것이 밝혀졌습니다. 하지만 그럼에도 불구하고 이 문제는 탐구해볼 가치가 있다. 그럼에도 불구하고 많은 실험실에서는 여전히 그러한 물질을 만들려고 노력하고 있습니다. 우리는 결정 구조를 예측하는 방법을 사용하여 이 질문을 하기로 결정했습니다. 그리고 문제는 다음과 같이 공식화될 수 있습니다. 안정성이 최대인 물질을 찾는 것이 아니라 경도가 최대인 물질을 찾고 있는 것입니다. 예를 들어 순수한 탄소에서 순수한 질소까지 다양한 화학 조성을 제공하고 그 사이에 있는 모든 가능한 모든 질화탄소가 계산에 포함되며 진화적으로 점점 더 단단한 조성과 구조를 찾으려고 노력합니다.

이 시스템에서 가장 단단한 물질은 동일한 다이아몬드이며, 탄소에 질소를 추가해도 이 시스템에서는 아무 것도 개선되지 않습니다.

따라서 질화탄소가 다이아몬드보다 단단한 물질이라는 가설은 묻혀질 수 있다.

우리는 문헌에서 제안된 모든 방법, 다양한 형태의 탄소 등을 시도했습니다. 모든 경우에 다이아몬드가 항상 승리했습니다. 그래서 이 받침대에서 다이아몬드를 떼어낼 수 없는 것 같습니다. 그러나 예를 들어 내균열성이나 내화학성 측면에서 다이아몬드보다 더 나은 새로운 재료를 개발하는 것은 가능합니다.

예를 들어, 원소 붕소. 우리는 붕소의 새로운 변형인 구조를 발견했습니다. 우리는 2009년에 이 기사를 발표했고 엄청난 반응을 불러일으켰습니다. 일반적인 붕소에 약간의 압력을 가하고 고온으로 가열하면 구조가 얻어집니다. 우리는 이 형태를 감마-붕소라고 불렀으며 부분적인 이온 화학 결합을 포함하고 있음이 밝혀졌습니다. 실제로 이것은 경도를 약간 감소시키는 것이지만 밀도가 높기 때문에 이 변형은 여전히 ​​알려진 붕소의 가장 단단한 변형으로 밝혀졌으며 경도는 약 50GPa입니다. 합성에 대한 압력은 작기 때문에 원칙적으로 상당히 많은 양의 합성을 생각할 수도 있습니다.

우리는 텅스텐-붕소 시스템, 크롬-붕소 등의 상과 같은 수많은 다른 초경질 상을 예측했습니다. 이들 단계는 모두 초경질이지만 경도는 여전히 이 범위의 하단에 있습니다. 이는 다이아몬드의 경도에 해당하는 90-100 GPa 표시보다 40 GPa 표시에 더 가깝습니다.

그러나 탐색은 계속되고 있으며 우리는 절망하지 않습니다. 우리나 전 세계에서 이 주제를 연구하는 다른 동료들이 낮은 압력에서 합성할 수 있고 다이아몬드에 가까운 물질을 발명할 수 있을 가능성이 높습니다. 경도. 우리와 다른 동료들은 이미 이 분야에서 뭔가를 해냈습니다. 그러나 이것을 기술적으로 어떻게 적용하는지는 아직 완전히 명확하지 않습니다.

1963년 미국 연구자들이 실제로 실험적으로 생산한 새로운 형태의 탄소에 대해 말씀드리겠습니다. 실험은 개념적으로 매우 간단했습니다. 그들은 흑연 형태의 탄소를 가져와 실온에서 압축했습니다. 사실 이런 식으로는 다이아몬드를 얻을 수 없으며 다이아몬드에는 강한 가열이 필요합니다. 실험에서 다이아몬드 대신 투명한 초경질 비금속상이 형성되었지만 그럼에도 불구하고 그것은 다이아몬드가 아니었습니다. 그리고 이것은 알려진 형태의 탄소의 특성과 전혀 일치하지 않았습니다. 뭐가 문제야, 이게 무슨 구조야?

아주 우연히 다양한 탄소 구조를 연구하던 중 안정성이 다이아몬드보다 약간 뒤떨어지는 구조를 발견했습니다. 우리가 이 구조를 보고, 살펴보고, 심지어 선 사이 어딘가에 발표한 지 불과 3년 만에, 이 구조의 특성을 1963년 이후 모든 연구자가 발표한 것과 비교하는 것이 좋을 것이라는 생각이 떠올랐습니다. 아주 최근까지. 그리고 그것은 완전한 우연의 일치라는 것이 밝혀졌습니다. 우리는 매우 기뻤고 가장 유명한 잡지 중 하나에 기사를 빠르게 게재했습니다. 실제 검토 편지, 그리고 1년 후 미국과 일본 연구자들은 동일한 저널에 논문을 게재했는데, 그들은 탄소의 완전히 다른 구조가 동일한 실험 데이터를 기술한다는 사실을 발견했습니다. 문제는 실험 데이터의 해상도가 다소 좋지 않다는 것입니다. 그렇다면 누가 옳습니까?

곧 스위스와 중국 연구자들은 여러 가지 수정안을 제안했습니다. 그리고 마지막에 한 중국 연구자가 약 40개의 탄소 구조를 발표했는데, 그 중 대부분도 동일한 실험 데이터를 기술하고 있습니다. 그는 너무 게으르지만 않으면 약 100개의 구조물을 더 제공하겠다고 약속했습니다. 그렇다면 올바른 구조는 무엇입니까?

이를 위해 우리는 흑연이 다양한 탄소 구조로 변환되는 동역학을 연구해야 했고, 우리는 매우 운이 좋았다는 것이 밝혀졌습니다. 변환 동역학의 관점에서 볼 때 우리의 구조가 가장 바람직한 것으로 나타났습니다.

우리 기사가 출판된 지 한 달 후, 실험자들이 이전보다 훨씬 더 나은 해상도의 데이터로 가장 정확한 실험을 수행한 실험 작업이 출판되었으며, 실제로 발표된 수십 개의 구조 중 단 하나의 구조만이 발견되었습니다. 실험 데이터를 설명합니다. 이는 여전히 우리의 구조입니다. 우리는 이 새로운 물질의 첫 글자 M을 따서 대칭이 단사정계이기 때문에 M-탄소라고 불렀습니다.

이 소재는 다이아몬드에 비해 경도가 약간 뒤떨어질 뿐이지만, 다이아몬드보다 뛰어난 성질이 있는지는 아직 불분명합니다.

지금까지 그것은 "사물 그 자체"라고 말할 수 있습니다. 우리는 계속해서 연구하고 있으며, 경도에서는 다이아몬드보다 열등하지 않지만 다른 모든 특성에서는 훨씬 능가하는 재료를 발명할 수 있기를 희망합니다.

물질의 기계적 특성을 향상시키는 방법 중 하나는 물질을 나노구조화하는 것입니다. 특히, 다이아몬드 나노복합체나 다이아몬드 나노다결정을 생성함으로써 동일한 다이아몬드의 경도를 높일 수 있다. 이러한 경우 경도를 2배까지 높일 수 있습니다. 그리고 이것은 일본 연구원들에 의해 수행되었으며 이제 여러분은 그들이 생산하는 제품을 볼 수 있습니다. 꽤 큰 입방 센티미터 정도의 다이아몬드 나노다결정입니다. 이러한 나노다결정의 주요 문제점은 너무 단단해서 연마조차 거의 불가능하고, 연마하는 데 몇 주 동안 전체 실험실이 필요하다는 것입니다.

이러한 방식으로 화학을 변경하고, 경도 및 기타 특성을 개선하기 위해 물질의 구조를 변경하고, 차원을 변경할 수 있습니다.

악기로 초경질 재료다이아몬드와 입방정질화붕소를 기반으로 한 물질이 포함됩니다. 구별하다 자연스러운(A) 그리고 인조(처럼) 다이아 패 한 벌.다이아몬드는 가장 단단한 물질이다. 철과 강철을 제외하고 높은 내마모성, 우수한 열전도율, 낮은 선형 및 체적 팽창 계수, 낮은 마찰 계수 및 금속에 대한 낮은 접착력을 갖습니다. 그러나 다이아몬드의 강도는 낮습니다. 다이아몬드의 경도와 강도는 방향에 따라 다릅니다. 결정면에 평행한 방향으로 다이아몬드를 처리하는 것이 더 쉽습니다. 왜냐하면 이 방향에서 원자가 서로 가장 멀리 떨어져 있기 때문입니다. 다이아몬드의 내열성은 정상적인 조건에서 약 800 ° C의 온도에서 흑연으로 변하기 시작한다는 사실을 특징으로합니다. 동시에 다이아몬드는 다른 연마재에 비해 연마 능력이 가장 높습니다. 다이아몬드의 단점은 750~800°C의 온도에서 철과 그 합금에 빠르게 용해되는 능력입니다. 다이아몬드 공구는 고성능과 내구성이 특징입니다. 관찰할 때 가장 효과적으로 사용됩니다.

경질 합금, 비철금속 및 그 합금, 티타늄 및 그 합금, 플라스틱 가공. 이는 높은 치수 정확도와 표면 품질을 보장합니다.

강도 증가, 취약성 및 비표면적 감소의 순서로 합성 다이아몬드 분쇄 분말은 AC2(ASO), AC4(ASR), AC6(ASV), AC15(ASK), AC32(ACC)로 배열됩니다. AC2 입자는 바인더에 잘 고정되어 유기 바인더를 사용하는 도구를 만드는 데 권장됩니다. AC4 그레인은 주로 금속 및 세라믹 본드에 대한 다양한 도구 제조용으로 사용되며, AC6 - 높은 비압에서 작동하는 금속 본드에 대한 도구, AC 12 - 석재 및 기타 단단한 재료 처리용, AC32 - 연마 휠 드레싱, 커런덤 처리용, 루비 및 기타 특히 단단한 재료.

AM 및 AN 브랜드의 미세분말은 천연 다이아몬드에서 사용되며, ACM 및 ASN 브랜드는 합성 다이아몬드에서 사용됩니다. 일반 연마 능력을 지닌 AM 및 ACM 미세분말은 경질 합금 및 기타 단단하고 부서지기 쉬운 재료뿐만 아니라 강철, 주철 및 비철 금속으로 만든 부품을 가공하는 데 사용되는 연마 도구 제조에 사용됩니다. 높은 표면 청결도.

연마 능력이 향상된 미세분말 AN, ASN은 초경질, 취성, 가공이 어려운 재료 가공에 권장됩니다. 분말의 입자 크기는 분수로 표시되며, 분자는 주요 분수의 가장 큰 입자 크기에 해당하고 분모는 가장 작은 입자 크기에 해당합니다.

다이아몬드 연마공구의 효율성을 높이기 위해 다이아몬드 입자에 금속박막을 코팅한 것을 사용합니다. 구리, 니켈, 은, 티타늄 및 그 합금과 같이 다이아몬드와 관련하여 접착력과 모세관 특성이 우수한 금속이 코팅재로 사용됩니다. 코팅은 바인더에 대한 입자의 접착력을 높이고 절단 영역에서 열 제거를 촉진하며 공구 제조 중에 자기장에서 입자의 방향을 지정하는 기능을 제공합니다.

입방정질화붕소 (엘보르, 큐보나이트)은 강철 및 주철로 만들어진 공작물을 가공하는 데 사용됩니다. 특히 효과적입니다

고경도의 고합금 구조 내열성 및 내식성 강철로 만들어진 열처리된 공작물의 최종 및 프로파일 연삭 및 강철 절단 도구의 샤프닝에 적용됩니다. 동시에 연마 도구의 소비는 전기 코런덤 소비에 비해 50-100배 감소합니다.

기계적 강도 지표에 따라 elbor는 LO - 일반 강도, LP - 기계적 강도 증가, L KV - 고강도 등급으로 구분됩니다. 일반적인 기계적 강도의 CBN은 유기 결합제와 연삭지를 사용한 공구 제조에 사용되며, 기계적 강도가 향상된 CBN은 세라믹 및 금속 결합제를 사용한 공구 제조, 거친 연삭, 깊이 샤프닝 및 공작물 가공에 사용됩니다. 절단이 어려운 구조용 강재. Elbor 브랜드 L KV는 어려운 조건에서 작업하기 위한 금속 결합 공구 생산에 사용됩니다.

큐보나이트는 KO(보통 강도), KR(강도 증가)의 두 가지 등급으로 생산됩니다. 또한, 큐보나이트로부터 두 가지 등급의 미세분말이 생산됩니다: 일반(KM) 연마 능력과 증가된(KN) 연마 능력. Cubonite 도구는 CBN 도구와 동일한 성능 특성을 갖습니다. 같은 목적으로 사용됩니다.

고경도 재료는 주로 연마 마모가 발생하는 메커니즘에 사용됩니다.

단순 물질 중에서 다이아몬드와 붕소만이 경도가 높습니다.

대부분의 고경도 물질은 내화성 화합물(탄화물, 질화물, 붕화물, 규화물)입니다.

고체 화합물은 취약성이 높고 가공이 어렵기 때문에 이를 이용한 부품 제조는 대부분의 경우 비실용적이거나 비경제적입니다. 주요 적용 분야는 다양한 방식으로 적용되는 복합 재료 및 코팅의 고체 구성 요소입니다.

초경질 재료

여기에는 탄소(다이아몬드)와 질화붕소의 입방체 변형이 포함됩니다.

분말 형태의 합성 다이아몬드는 연마 도구, 절단기, 다이의 생산을 위한 조밀한 다결정 구조(Ballas, Carbonado)의 형태로 연마 도구 및 연마 크러스트를 준비하는 데 사용됩니다.

합성 다이아몬드와 천연 다이아몬드의 미세 분말 혼합물을 소결하여 조밀한 다결정 다이아몬드 형성물(SV 및 Dismit)을 얻습니다.

SV 등급 다이아몬드는 드릴 비트 및 비트뿐만 아니라 비금속 재료 절단에도 사용됩니다.

Dismite는 비철 금속 및 합금, 플라스틱, 유리 섬유 가공에 사용되는 광산 드릴링 도구, 절단 도구 (절단기, 드릴 및 기타) 제조에 사용됩니다.

입방정질화붕소

육각형 변형을 통해 합성적으로만 얻습니다. 주로 연마 도구 제조에 사용됩니다. 다이아몬드에 비해 경도는 떨어지지만 내열성은 월등히 우수합니다.

미국에서는 입방정 질화붕소가 CIS(Elbor 및 Cubonite)에서 Borazon이라는 이름으로 생산됩니다. 등급은 각각 보통 강도의 LO와 KO, 강도가 향상된 LR과 KR입니다.

Elbor 및 Cubonite를 기반으로 하는 다양한 다결정 소재(Elbor-R, Hexanit-R, ISMIT, PNTB, COMPOSITE 등)는 다양한 모양의 판 형태로 생산됩니다. 이 제품은 절단하기 어려운 경화강, 주철 및 경도 HRC>40의 합금을 가공하는 데 사용되는 금속 절삭 공구를 만드는 데 사용됩니다. 이러한 공구의 내구성은 초경 공구에 비해 10~20배 향상되고 생산성은 2~4배 향상됩니다.

초경 합금 및 절단 세라믹은 분말 야금 방법을 사용하여 생산됩니다. 분말야금은 주성분을 녹이지 않고 비금속 분말과의 혼합물뿐만 아니라 금속 유사 화합물, 반제품 및 그로 만든 제품으로부터 금속 분말을 생산하는 일련의 방법을 포괄하는 기술 분야입니다. 경질 합금 및 금속-세라믹의 출발 물질인 분말은 화학적 또는 기계적 방법으로 얻습니다. 블랭크(제품)의 성형은 차가운 상태 또는 가열된 상태에서 수행됩니다. 냉간 성형은 기계식 및 유압식 프레스를 축으로 누르거나 분말이 배치되는 탄성 쉘에 액체 압력을 가하여 발생합니다(정역학적 방법). 해머로 다이를 열간 프레싱(동적 프레싱)하거나 뜨거운 가스의 압력(15-400,000Pa)으로 인해 특수 용기에서 가스 정적 방법을 사용하여 제품은 소결이 불량한 재료인 내화성 화합물에서 얻습니다. 경질 합금 및 금속-세라믹 제조에 사용됩니다. 이러한 소결 내화 화합물(유사 합금)의 구성에는 흑연, 알루미나, 탄화물과 같은 비금속 성분이 포함되어 있어 특별한 특성을 부여합니다.

경질 소결 합금과 절삭 서멧(금속 + 비금속 부품)이 공구 생산에 널리 보급되었습니다. 주요 성분의 함량에 따라혼합물의 분말, 경질 소결 합금은 텅스텐, 티타늄-텅스텐 및 티타늄-탄탈륨-텅스텐의 세 그룹으로 나뉩니다. 적용 분야별– 절단, 채광 도구 장착, 기계, 도구 및 고정 장치의 부품을 빠르게 마모시켜 재료를 가공하는 합금용.

경질 합금의 물리적 및 기계적 특성:굽힘 시 인장 강도 – 1176–2156 MPa (120–220 KGS/mm2), 밀도 – 9.5-15.3 g/cm3, 경도 – 79–92 HRA.

칩 없는 금속 가공을 위한 경질 합금, 빠르게 마모되는 기계, 도구 및 고정 부품의 표면 처리: VK3, VK3-M, VK4, VK10-KS, VK20-KS, VK20K. 경질 합금 등급 지정에서 문자 "K"는 코발트를 의미하고 "B"는 텅스텐 카바이드를 의미하며 "T"는 티타늄 및 탄탈륨 카바이드를 의미합니다. 숫자는 합금에 포함된 분말 성분의 비율에 해당합니다. 예를 들어, VK3 합금에는 3%의 코발트가 포함되어 있고 나머지는 텅스텐 카바이드입니다.

텅스텐의 부족으로 인해 텅스텐 카바이드 기반의 소결 합금에 비해 기본 특성이 열등하지 않은 텅스텐이 없는 경질 합금의 개발이 필요해졌습니다.

무텅스텐 및 크롬 카바이드 경질 서멧 합금다이 제조를 위한 기계 공학, 드로잉 매트릭스, 연마재, 최대 900°C 온도에서 작동하는 마찰 부품, 비철 금속 가공용 절삭 공구를 포함한 다양한 재료 스프레이에 사용됩니다.

2. 초경질 재료

다양한 절삭 공구 제조를 위해 현재 기계 공학을 포함한 다양한 산업에서 세 가지 유형의 초경질 재료(SHM)가 사용됩니다: 천연 다이아몬드, 다결정 합성 다이아몬드, 아질산 붕소(CBN) 기반 복합재.

천연 및 합성 다이아몬드는 가장 높은 경도(HV 10,000 kgf/mm 2)와 같은 독특한 특성을 갖고 있으며 선팽창 계수와 마찰 계수가 매우 낮습니다. 높음: 열 전도성, 접착 저항성 및 내마모성. 다이아몬드의 단점은 상대적으로 낮은 온도(+750 °C)에서 낮은 굽힘 강도, 취성 및 철에 대한 용해도입니다. 이로 인해 철-탄소강 및 합금을 높은 절삭 속도로 가공하는 것은 물론 간헐적인 절삭 및 진동 중에 사용하는 것이 불가능합니다. . 천연 다이아몬드커터의 금속 몸체에 결정이 고정된 형태로 사용되며 ASB(balas), ASPC(carbonado) 브랜드의 합성 다이아몬드는 천연 다이아몬드와 구조가 유사하며 다결정 구조를 갖고 있어 강도가 더 높은 특성을 가지고 있습니다.

천연 및 합성 다이아몬드이는 구리, 알루미늄 및 마그네슘 합금, 귀금속(금, 은), 티타늄 및 그 합금, 비금속 재료(플라스틱, 텍스타일라이트, 유리 섬유), 경질 합금 및 세라믹 가공에 널리 사용됩니다.

합성 다이아몬드자연산에 비해 강도가 높고 동적 특성이 높기 때문에 많은 장점이 있습니다. 터닝뿐만 아니라 밀링에도 사용할 수 있습니다.

합성물블레이드 절삭 공구 제조에 사용되는 입방정 질화 붕소를 기반으로 한 초경질 소재입니다. 경도 측면에서 복합재는 다이아몬드에 접근하고 내열성이 훨씬 높으며 철 금속에 대해 더 불활성이므로 주요 적용 분야인 경화강 및 주철 가공이 결정됩니다. 업계에서는 복합 01(elbor - R), 복합 02(belbor), 복합 05 및 05I, 복합 09(PTNB - NK) 등 STM의 주요 브랜드를 생산합니다.

복합재 01과 02는 경도가 높지만(HV 750kgf/mm2) 굽힘 강도가 낮습니다(40-50kg/mm2). 주요 적용 분야는 경도 HRC 55-70의 경화강, 모든 경도의 주철 및 VK 15, VK 20 및 VK 25 등급의 경질 합금(HP)으로 만든 부품의 미세하고 미세한 비충격 선삭입니다. ^ 88–90), 이송 최대 0.15mm/rev, 절삭 깊이 0.05-0.5mm. 복합재 01과 02는 충격 하중에도 불구하고 경화강과 주철을 밀링하는 데에도 사용할 수 있는데, 이는 밀링의 보다 유리한 역학으로 설명됩니다. 복합재 05는 경도에서 복합재 01과 복합재 10 사이의 중간 위치를 차지하고 강도는 복합재 01과 거의 동일합니다. 복합재 09와 10은 굽힘 강도가 거의 동일합니다(70-100kgf/mm 2).

3. 연마공구의 재료

연마재자연산과 인공산으로 나뉜다. 전자에는 석영, 금강사, 커런덤 및 다이아몬드가 포함되고, 후자에는 전기코런덤, 탄화규소, 탄화붕소, 입방정질화붕소 및 합성 다이아몬드가 포함됩니다.

석영(P)는 결정성 실리카(98.5~99.5% SiO2)를 주성분으로 하는 재료입니다. 이는 자유 상태의 샌딩 입자 형태로 종이 및 직물 베이스에 샌딩 패드를 생산하는 데 사용됩니다.

금강사(H) – 산화철과 규산염이 혼합된 짙은 회색과 검정색의 미세한 결정질 산화알루미늄(25...60% A l2 O 3). 에머리 천과 숫돌 생산을 위해 설계되었습니다.

커런덤(E 및 ESB)는 주로 결정성 산화알루미늄(80.95% Al2O3)과 Al2O3와 화학적으로 결합된 광물을 포함하여 소량의 기타 광물로 구성된 광물입니다. 커런덤 알갱이는 단단하며, 파괴되면 모서리가 날카로운 연골 골절을 형성합니다. 천연 커런덤은 용도가 제한되어 있으며 주로 마무리 작업(연마)을 위한 분말 및 페이스트 형태로 사용됩니다.

다이아몬드(A)는 순수한 탄소인 광물이다. 자연에 존재하는 모든 물질 중 경도가 가장 높습니다. 연삭 휠 드레싱을 위한 외날 절단 도구와 다이아몬드 금속 연필은 결정과 그 파편으로 만들어집니다.

전기코런덤에는 네 가지 유형이 있습니다.

1) 보크사이트에서 제련된 일반 전기코런덤 1A, 그 종류 - 12A, 13A, 14A, 15A, 16A;

2) 흰색, 알루미나로 제련됨, 그 종류 - 22A, 23A, 24A, 25A;

3) 알루미나에서 다양한 첨가제와 함께 제련된 합금 전기코런덤: 크롬 3A(품종 32A, 33A, 34A) 및 티타늄 3A(품종 37A);

4) A4 모노코런덤은 황화철과 환원제로 보크사이트에서 제련된 후 커런덤 단결정으로 분리됩니다.

전기코런덤은 산화알루미늄 Al 2 O 3 와 일정량의 불순물로 구성됩니다.

탄화규소– 탄소와 실리콘의 화합물(SiC)입니다. 경도와 취성이 더 큽니다. 일렉트로코런덤보다 탄화규소의 함유량에 따라 녹색(6C), 검정색(5C) 색상이 있습니다. 첫 번째는 적어도 97%의 실리콘을 함유하고 있습니다. 두 번째 유형(검정색)은 52C, 53C, 54C 및 55C 품종으로 생산됩니다. 경질 합금 및 비금속 재료를 가공하기 위한 다양한 연마 도구(예: 연삭 휠)는 녹색 탄화규소 입자로 만들어지며, 주철, 비철 금속으로 만든 제품을 가공하고 절단을 연마하는 도구(연삭 휠) 도구(절단기)는 검은색 실리콘 카바이드 입자, 드릴 등으로 만들어집니다.

입방정질화붕소(CBN)은 붕소, 규소, 탄소의 화합물입니다. CBN은 다이아몬드에 가까운 경도와 연마능력을 가지고 있습니다.

합성 다이아몬드(AS)는 천연 다이아몬드와 구조가 동일합니다. 좋은 등급의 합성 다이아몬드의 물리적 및 기계적 특성은 천연 다이아몬드의 특성과 유사합니다. 합성 다이아몬드는 ASO, ASR, ASC, ASV, ACC의 5가지 등급으로 생산됩니다.