Абразивные материалы

Существует примерно 250 кристаллических форм карбида кремния]. Полиморфизм SiC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами. Они являются вариациями одного и того же химического соединения, которые идентичны в двух измерениях, но отличаются в третьем. Таким образом, их можно рассматривать как слои, сложенные в стопку в определенной последовательности.

Альфа карбид кремния (α-SiC) является наиболее часто встречающимся полиморфом. Эта модификация образуется при температуре свыше 1700 °C и имеет гексагональную решётку, кристаллическая структура типа вюрцита.

Бета-модификация (β-SiC), с кристаллической структурой типа цинковой обманки (аналог структуры алмаза), образуется при температурах ниже 1700 °C [20]. До недавнего времени бета-форма имела сравнительно небольшое коммерческое использование, однако, в настоящее время в связи с использованием его в качестве гетерогенных катализаторов интерес к ней увеличивается.

Является твердым, тугоплавким веществом. Кристаллическая решетка аналогична решетке алмаза. Является полупроводником.

Стандартная энтальпия образования (298 К, кДж/моль): −66,1

Стандартная энергия Гиббса образования (298 К, кДж/моль): −63,7

Стандартная энтропия образования (298 К, Дж/моль·K): 16,61

Характер кристаллической решётки: атомный.

Карбид кремния очень устойчивое вещество и в инертной атмосфере разлагается только при очень высокой температуре. Сильно перегретый пар разлагает карбид кремния. Концентрированные окисляющие кислоты и их смеси растворяют карбид кремния. В присутствии кислорода щёлочи растворяют карбид кремния.

При нагревании реагирует с кислородом, с галогенами, с азотом, образуя нитрид кремния, с активными металлами, и их пероксидами.

Как драгоценный камень карбид кремния используется в ювелирном деле: называется «синтетический муассанит» или просто «муассанит». Муассанит похож на алмаз: он прозрачен и тверд (9—9,5 по шкале Мооса, по сравнению с 10 для алмаза), с показателем преломления 2,65—2,69 (по сравнению с 2,42 для алмаза). Муассанит имеет несколько более сложную структуру, чем обычный кубический цирконий. В отличие от алмаза, муассанит может иметь сильное двулучепреломление. Муассанит имеет более низкую плотность 3,21 г/см³ (против 3,53 г/см³ для алмаза) и гораздо более устойчив к теплу. В результате получается камень с большим блеском минерала, с четкими гранями и хорошей устойчивостью к внешним воздействиям. В отличие от алмаза, который горит при температуре 800 °C, муассанит остается неповрежденным вплоть до температуры в 1800 °C (для сравнения: 1064 °C — температура плавления чистого золота). Муассанит стал популярен как заменитель алмаза, и может быть ошибочно принят за алмаз, так как его теплопроводность гораздо ближе к алмазу, чем у любого другого заменителя бриллианта. Драгоценный камень можно отличить от алмаза с помощью его двулучепреломления и очень небольшой зеленой или желтой флуоресценции в ультрафиолетовом свете.

Нитрид кремния – Плотность 3,44 г/см³. Температура плавления 1900°C.

Кристаллическая структура гексагональная, тригональная, кубическая. Используется для обработки черных и цветных металлов.

Нитрид кремния трудно получить в качестве единого материала из-за того что он не может быть нагрет более 1850 °C — это значительно ниже температуры плавления (кремний и азот диссоциируют). Таким образом применение обычного термического метода спекания (англ. hot press sintering) является проблематичным. Склеивание порошкообразного нитрида кремния может быть достигнуто при более низких температурах путем добавления дополнительных материалов, которые обычно улучшают уровень спекания. Альтернативой является метод использования спекающей искровой плазмы (Spark Plasma Sintering)[1] , где нагрев осуществляется очень быстро (в секундах); где импульсы электрического тока проходят через спресованный заранее порошок. Плотные изделия из нитрида кремния были получены этим методом при температурах 1500—1700 °C.

Существуют три кристаллографические структуры нитрида кремния, названные α, β и γ. Α и β фазы являются наиболее распространенными формами нитрида кремния, могут быть произведены при обычном давлении. Γ фаза может быть синтезирована при высоких давлениях и температурах и при давлении 35 ГПа.

Нитрид алюминия - обработка металлов. Белый порошок или водянисто-белые прозрачные кристаллы. Медленно растворяется в горячих минеральных кислотах. Холодные НCl, H2SО4, HNO3 и царская водка действуют слабо, холодная HF не действует. Концентрированные горячие растворы щелочей разлагают с выделением NH3.

Электрокорунд (Al2O3): - кристаллическая окись алюминия.  Представляет собой искусственно синтезированный синтетический корунд (88—99 % Al2O3). Получают плавкой в электрических печах боксита с восстановителем (железные опилки). Применяется при обработке черных металлов, изредка камня и стекла.  Применяется как абразивный, огнеупорный материал, для изготовления литейных форм и стержней, конструктивных элементов радиоламп, абразивных кругов и т. д.

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.

Разрабатываются новые перспективные абразивные материалы:

• Нитрид углерода C3N4
• Сплав карбида титана (TiC) и карбида скандия (Sc4C3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение.

Таблица 1.

Основные физико-механические свойства абразивных материалов.

Материал	Микротвёрдость,  10-4 Н/мм2	Плотность, г/см3	Теплоустойчивость, 0С
Амаз (природный)	8,6-10,0	До 3,50	700-800
Корунд (природный)	1,9-2,2	4,00	1700-1800
Алмаз (искусственный)	5,3-9,6	3,50	600-700
Эльбор	8,0-10,0	3,50	1400-1500
Карбид бора	4,0-4,5	2,50	700-800
Карбид кремния	3,3-3,6	3,20	1300-1400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

Кудасов Г. Ф.  Абразивные материалы и инструменты Киев: 1967 г.

И. П. Захаренко Сверхтвёрдые образивные материалы в инструментальном производстве Л.: 1985 г.

Епифанов В. И., Песина А. Я., Зыков Л. В. Технология обработки алмазов в бриллианты. — Учебное пособие для сред. ПТУ. — М.: Высшая школа, 1987.

Кремень З. И., Юрьев В. Г., Бабошкин А. Ф. Технология шлифования в машиностроении.

Эльбор в машиностроении / Под ред. В. С. Лисанов. — Л.: Машиностроение, 1978.

Г. В. Самсонов, Л. Я. Марковский, А. Ф. Жигач. Бор, его соединения и сплавы. Киев, Изд—во АН УССР, 1960. 590 стр. с илл.