Абразивы- часть 1

АБРАЗИВЫ, мелкие, твердые, острые частицы, используемые в свободном или связанном виде для механической обработки (в т.ч. для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них (от больших стальных плит до листов фанеры, оптических стекол и компьютерных микросхем). Абразивы бывают естественные или искусственные. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности. Абразивы обычно имеют кристаллическую структуру и в процессе работы изнашиваются таким образом, что от них откалываются мельчайшие частички, на месте которых появляются новые острые кромки (благодаря хрупкости). По размеру зерен абразивы характеризуются шкалой от 4 (грубейший) до 1200 (тончайший).

Естественные абразивы.

Кремнезем.

Диоксид кремния SiO2 используется в различных видах (кристаллический, стеклообразный) для придания изделиям формы и шлифования. Хотя разные виды кремнезема химически идентичны, они широко различаются по физическому состоянию, и поэтому каждый из них находит свое специфическое применение.

Диатомит, инфузорная земля, кизельгур и триполит состоят из кремнистых остатков окаменевших диатомовых водорослей. Они используются как мягкие абразивы в качестве компонентов полировальных порошков и паст, например пасты для чистки серебра.

Рухляк и трепел являются продуктами распада кремнистых известняков. Они также используются как компоненты чистящих и полировальных порошков и паст.

Дробленый кварц, кварцит, кремень, кремнистый сланец, песок и песчаник применяются в виде зерен как абразивы в обычной наждачной бумаге, а также для пескоструйной обработки и в чистящих пастах.

Недробленый песок с высоким содержанием кварца используется для пескоструйной обработки, а также для пилки и шлифовки мягкого камня, например мрамора.

Силикаты.

Эта группа абразивов состоит из химических соединений диоксида кремния с оксидами металлов; в природе силикаты встречаются в аморфном или кристаллическом состоянии. Пемза и пумицит, образованные высокопористым (воздушно-пузырьковым) вулканическим стеклом, используются главным образом как компоненты чистящих порошков и некоторых сортов мыла для рук.

Гранаты – наименование группы силикатов сложного химического состава. Альмандин, измельченный, сортированный по крупности и нанесенный на бумагу или ткань, широко используется в деревообрабатывающей промышленности, в частности, для чистовой обработки твердых сортов дерева. Небольшие количества гранатов в несвязанной форме применяются для шлифовки камня и стекла. В качестве абразивов почти всегда используются частицы гранатов природного происхождения, по форме близкие к крупному песку, поскольку при измельчении крупных камней они претерпевают конхоидальный излом с образованием формы частиц, малопригодной для длительной эксплуатации или чистовой отделки дерева.

Глинозем.

Корунд, природный оксид алюминия, или глинозем, имеет химическую формулу Al2O3 и встречается в виде валунов (выкатываемых на морской берег) и скальной породы. Более грубые зерна, получаемые при дроблении крупных камней и сортировке осколков по размерам, используются для изготовления специальных шлифовальных кругов, для зачистки отливок и других предметов, в частности изготовленных из ковкого чугуна. Более тонкий порошок, разделяемый на фракции близких по размерам частиц, широко используется для шлифовки оптических стекол. Месторождения корунда имеются в ЮАР, Зимбабве, Канаде и США.

Наждак – смесь корунда и магнетита, черного магнитного оксида железа Fe3O4. Наждак высшего качества добывается на о. Наксос, Греция, и в Турции. В производстве точильных кругов наждак почти полностью вытеснен абразивами из искусственного корунда, хотя все еще используется (особенно в виде абразивов, нанесенных на основу) в небольших количествах для шлифовки металлов. Наиболее широко наждак применяется как нескользкий элемент отделки лестничных ступеней, полов и тротуаров.

Углерод.

Алмаз, кристаллический углерод, – самое твердое из известных веществ. По этой причине, несмотря на высокую стоимость, он широко используется для шлифовки и полировки алмазов и других твердых материалов, а также более мягких неметаллических веществ, например, стекла и камней. Прозрачные камни, относительно свободные от несовершенств, применяются для изготовления волок (деталей волочильных станков), правки шлифовальных кругов и других точных работ. Карбонадо, или черный алмаз, имеющий мелкокристаллическую структуру, непрозрачен и прочен. Он используется для бурения скальных пород и правки абразивных кругов. Борт (мелкий технический алмаз) отличается высокой концентрацией дефектов, а по способности пропускать свет он варьируется от полупрозрачного до непрозрачного. Борт дробят для использования на шлифовальных кругах и тонкой полировки инструментом с хаотической ориентацией режущих ребер. Искусственные технические алмазы, обладающие всеми физическими свойствами природных алмазов, получают посредством высокотемпературного процесса при высоких давлениях. Этот процесс был разработан Физическим институтом АН СССР и компанией «Дженерал электрик» в 1950-х годах.

Около 1940 важное значение приобрело производство алмазных шлифовальных кругов с абразивом на связке. В качестве связки использовались керамика, смолы, порошки металлов. Диск с алмазной режущей кромкой представляет собой сплошной металлический диск с прорезанными по его периферии скошенными щелями; в щели вставляются относительно грубые алмазы, после чего щели зачеканиваются молотком или плотно закатываются. Диски с режущей кромкой дешевле шлифовальных кругов, однако быстрее изнашиваются. Относительно крупные алмазы, обычно на порошковой металлической связке, обычно используются как режущая кромка буров, применяемых для бурения скважин.

Искусственные абразивы.

Важные искусственные абразивы получают в электрических печах, т.к. для их синтеза требуется температура выше 2000° С.

Карбид кремния.

Первым искусственным абразивом, полученным в электрической печи, был карбид кремния SiC, открытый Э.Ачесоном (США) в 1891. При нагреве кремнистого песка и кокса в электрической печи кремний восстанавливается и соединяется с углеродом, образуя карбид кремния в виде массы сросшихся кристаллов (цветом от зеленого до черного) пластинчатой гексагональной структуры. Такие кристаллы называют карборундом (наименование, данное Ачесоном). Карбид кремния – один из самых твердых искусственных абразивов – относительно хрупок, и поэтому его обычно не применяют для шлифовки стали. Он широко используется для шлифовки цементированных карбидов, чугуна, металлов, не содержащих железа, и неметаллических материалов, например керамики, кожи и резины.