PT85460B

PT85460B - Processo para tratar graos de diamante e ferramentas realizadas com os diamantes tratados pelo processo

Info

Publication number: PT85460B
Application number: PT85460A
Authority: PT
Inventors: Dietrich Borse
Original assignee: Winter & Sohn Ernst
Priority date: 1986-07-30
Filing date: 1987-08-30
Publication date: 1994-04-29
Also published as: RO101411B1; ES2041658T3; ZA875361B; US5035771A; ATE90259T1; JPH0755873B2; KR960002338B1; IE60509B1; IL83267A0; CN1025044C; EP0254940B1; YU45441B; BR8703905A; RO101411A2; EP0254940A2; MX168647B; DD262012A5; CN87105216A; EP0254940A3; PT85460A

Description

O invento refere-se a um processo para tratar grãos de diamante e a ferramentas realizadas com os diamantes tratados pelo processo.

No uso de grãos de diamante, por exemplo, para a produção de ferramentas para diamantes, tal como, rebolos de afiar, ferramentas rectificadoras para rebolos de afiar ou de outros objectos contendo diamantes, tais como, jóias ou uma agulha exploradora provida com um diamante, em geral, é de particular interesse que os grãos de diamante estejam mantidos com firmeza suficiente no material de união circundante.

Os materiais de união usados nas ferramentas de diamantes são metais, ligas metálicas, vidro, cerâmica ou resina sintética. A maioria destes materiais de união não apresenta adesão à superfície dos grãos de diamante, ou as forças adesivas são relativamente baixas. Assim, na maioria dos casos, os grãos de diamante são apenas envolvidos pelo material de união. Isto aplica-se especialmente a uniões

Durante o arrefecimento produzida a união com o metálicas. As excepções são as ligas metálicas que contêm pelo menos um componente que tende a reagir quimicamente com a superfície de diamante ou a difundir-se na superfície de diamante. No caso desses materiais de união metálicos, reactivos, a superfície do diamante é atacada mais ou menos fortemente, uma parte do carbono do diamante sendo eliminado pelo metal. A aspereza resultante, produzida na superfície do diamante, pode contribuir nitidamente para um melhoramento na ancoragem do grão de diamante na união. A ligação dos grãos de diamante na união metálica, onde tem lugar essa reacção, dá-se a uma temperatura elevada, que é superior a 900°C.

subsequente, depois de ter sido diamante, o ciarbono dissolvido ou absorvido pelo metal torna, no entanto, quase sempre a precipitar novamente na entreface entre o diamante e a união metálica e este carbono precipitado não tem resistência significativa. Pode ser uma camada de grafite, ou uma camada de carbono amorfo ou carboneto quebradiço. Por isso, não é atingido desta forma qualquer melhoramento eficaz na união adesiva na entreface entre o grão de diamante e a união. A camada de carbono precipitada pode mesmo representar um enfraquecimento da união entre o metal de união e os grãos de diamante.

É conhecido que os grãos de diamante são atacados e tornados ásperos se forem cercados por uma matriz de metal em pó no processo de sinterização, consistindo os metais em pó de ferro ou cobalto ou de ligas com estes metais. É detectável corrosão incipiente de superfícies de diamante quando as ligas sinterizadas são processadas na gama entre 950°C e 1150°C.

Em outro processo conhecido, os grãos de diamante são aquecidos enquanto são expostos livremente num forno, a

atmosfera do forno consistindo de oxigénio ou dum gás contendo oxigénio tal como ar, por exemplo. Neste caso, os grãos de diamante são atacados mesmo a cerca de 600°C e mais. assim duma combustão retardada

5m monoxido de carbono CO, senc diamante eliminado da superfície do diamante e formando-se também pequenos orifícios de corrosão.

Trata-se diamante do o

carbono material do de

Pode ser obtida uma corrosão incipiente semelhante das superfícies do diamante, por exemplo, tratando grãos de diamante numa fusão de nitrato de potássio KNO3 ^{a uma}temperatura de 500°C e mais.

Nenhum dos processos de corrosão supracitados ou processos para fazer aspereza dá resultados completamente satisfatórios. Por outro lado, trata-se de processos efectuados a temperaturas de reacção de mais do que 900°C, em que não só a superfície do diamante é atacada, mas também é reduzida a resistência interna do cristal. Isto aplica-se particularmente a grãos de diamante sintético que, no caso normal, ainda contêm vestígios do metal de catalisador usado para a sua preparação. A temperaturas acima de 900°C, estes resíduos de catalisador levam a uma regrafitização dos diamantes ou mesmo a uma desintegração parcial do cristal, devido à expansão térmica relativamente grande destes resíduos metálicos em comparação com a do material do diamante.

Por outro lado, um inconveniente essencial dos processos conhecidos é o de que uma quantidade relativamente grande de material tem de ser retirada dos cristais antes da superfície apresentar uma aspereza satisfatória, atendendo a que estes processos de aspereza ou corrosão são processos que desgastam a superfície que não se fazem paralelamente à

superfície. Esta remoção indesejável, relativamente grande de

material·	dos	cristais de diamante	manifesta-se	em si pelo
facto	de	que	pode provocar aspereza	num grão de	diamante de
cerca	de	500	pm de tamanho de grão	, tem de ser	aceite uma
perda	de	peso de 10 % e isto	já significa	uma perda

considerável de valor. Outros processos conhecidos para provocar aspereza causam mesmo perdas de peso de cerca de 30 %.

É objectivo do invento apresentar um processo para provocar aspereza que pode ser realizado a uma temperatura inferior a 900°C e que leva a uma perda de peso do diamante que não excede um máximo de 5 % e .cria uma superfície topograficamente que é definida por numerosos orifícios muito pequenos cuja profundidade é na maioria dos casos maior do que o seu diâmetro. As superfícies são assim destinadas a apresentar numerosas cavidades e canais corroídos, cuja forma não é nada homogénea e que contêm tantos sub-cortes quanto possíveis, para que o material de união penetrante encontre o lugar ideal para ancoragem, a fim de garantir melhor adesão dos grãos de diamante na união.

Para ser atingido este objectivo, o invento compreende expor-se os grãos de diamante para aumentar as suas superfícies para pelo menos o dobro das suas áreas de superfícies naturais, por poros gravados, a uma corrente de hidrogénio ou dum gás contendo hidrogénio a uma temperatura superior a 700°C ao mesmo tempo que são embebidos num pó metálico.

Ainda não pode ser dada um explicação final nãoambigua da cinética deste processo. No entanto, numerosas variantes de realização do processo sugerem que o carbono do diamante se difunde inicialmente nas partículas metálicas que

estão em contacto com a superfície do diamante. Por outro lado, o metal activa o hidrogénio, de forma que este se liga ao carbono dissolvido no metal para dar metano CH4 e lava este gás. Como resultado, as partículas metálicas que tomam parte na reacção ficam receptivas para mais carbono que se difunde no ponto de contacto do diamante e metal. Não se dá a saturação do carbono nas partículas de metal. Desta forma, as partículas metálicas penetram ponto por ponto na superfície dos diamantes e produzem a topografia vantajosa.

Os grãos de diamante pré-tratados de acordo com o invento podem ser ligados com vantagem particular por metais por meio de galvanoplastia. Foi possível prolongar a duração de vida de ferramentas de diamante produzidas desta foram em mais de 100 %.

A patente FR-A-2 461031 descreve um processo destinado exclusivamente ao trabalho de cristais únicos, ou seja, de um diamante único e não é própria para o trabalho simultâneo de um grande número de partículas de diamante, sendo o tamanho dessas partículas pequeno. As aberturas na superfície superior do diamante único são obtidas durante o contacto entre o diamante e uma peça metálica perfilada (gabarit) a uma temperatura superior a 700°C lançandc-oc uma golfada de hidrogénio. Este processo consiste am actuar numa determinada área limitada, ou seja, não dá origem a orifícios dispersos sobre o perímetro total. Para isso, o invento em causa prevê a utilização de uma matriz, cuja superfície para aplicação se encontra delimitada, estando dependente do tamanho do diamante único. Para a utilização de uma matriz, o invento em causa não prevê um encaixe e havendo uma camada com um grande número de partículas para serem trabalhadas em simultâneo, pode apenas criar-se uma rugosidade demarcada num dos lados da partícula de diamante' única.

Mesmo metais que são aplicados a grãos de diamante pelo chamado processo de revestimento, tais como, por exemplo, niquel contendo fósforo ou cobalto contendo fósforo ou cobre, podem muito bem ser ancorados em superfícies de diamante pré-tratadas desta maneira, para que a união subsequente noutros materiais de união, tais como metais ou resinas sintéticas, melhore considerávelmente.

Metais líquidos contendo aditivos que activem o humedecimento, tais como por exemplo, ligas de cobre/prata com titanio adicionado, também podem penetrar facilmente em recortes dentados nas superfícies dos diamantes assim tratados e assim produzir-se uma união adesiva excelente.

Além disso, materiais de união vitro-cerâmicos podem ser usados, os quais contem normalmente um componente de vidro de baixa tensão superficial que funde durante o processo.

processo de corrosão de acordo com o invento pode ser aplicado a diamantes naturais. É particularmente apropriado, no entanto, para o tratamento de diamantes sintéticos.

Grãos de diamantes naturais, por via de regra, têm uma superfície irregular, se se tratar de grãos produzidos por esmagamento de diamantes maiores. As superfícies de fratura desses grãos de diamante já permite uma ancoragem no material de união. A ancoragem e adesão no material de união pode ser melhorada considerávelmente por mais aspereza adicional de acordo com o presente invento.

Diamantes sintéticos, em geral, têm faces de cristal, algumas das quais também são plano-paralelas. Quanto mais homogeneamente se tiver desenvolvido um diamante sintético, mais regular é a sua forma geométrica, na maioria dos casos, na forma de octahedro cúbico. Cristais de diamante com desenvolvimento particularmente homogéneo, na maioria dos casos, têm um alto grau de pureza e uma alta resistência. No entanto, estas caracteristicas positivas só podem ser completamente exploradas se os cristais forem mantidos firme e permanentemente pelo material de união. No entanto, as faces planas de cristais bem-desenvolvidos implicam uma pobre ancoragem da união. 0 beneficio económico desses cristais de diamante sintéticos pode ser aumentado por isso consideràvelmente por meio duma aspereza de alto-grau, de acordo com o presente invento. Isto, tem-se manifestado nitidamente no caso de ferramentas rectificadoras para rebolos de afiar, em que os cristais de diamante são metidos numa união metálica de niquel por meio de galvanoplastia. 0 mesmo se aplica aos cristais de diamante que tenham sido embebidos numa matriz de pó metálico que tenha sido impregnado com uma liga fundida humedecida com diamantes. Essa liga consiste, por exemplo, de prata e cobre e contem titanio adicionado.

A execução do processo de corrosão de acordo com o invento compreende as caracteristicas seguintes. Os cristais de diamante são embebidos num pó metálico fino, cujo tamanho de partículas é inferior a 20 pm, de preferência entre 5 pm e 0,5 pm. O recipiente usado pode ser um cadinho de combustão de porcelana mas também são apropriadas outras formas de contentores, desde que os recipientes possam ser inundados por gás. O recipiente é colocado num forno que possa ser inundado por gás, de preferência um forno tubular. É passado através do forno hidrogénio, ou um gás contendo hidrogénio misturado. Tem provado melhor o hidrogénio puro com um grau de pureza de pelo menos 99 % H2. Metais em pó apropriados são o ferro, ο cobalto, ο níquel ou a mistura ou ligas desses metais. Este tratamento a quente, especial, leva a uma aspereza vantajosa dos cristais de diamante, se a temperatura for pelo menos 700°C. Temperaturas mais altas intensificam a aspereza. No entanto, temperaturas acima de 900°C são desvantajosas, atendendo a que fica reduzida a resistência interna dos cristais de diamante. Na maioria dos casos, 30 minutos basta para este tratamento a temperaturas compreendidas entre 700°C e 900°C. No entanto, o período de reacção pode variar dentro de largos limites.

Após o tratamento a quente especial, o metal em pó é dissolvido com ácido, por exemplo, ácido nítrico e ácido clorídrico. Este tratamento dá diamantes ásperos e purificados que podem continuar a ser trabalhados.

seguir	Um por	exemplo ilustrativo do invento está explicado referência a um desenho em que :	a
Figura Figura	1 2	mostra um diamante em grão, ampliado 100 vezes, mostra um pormenor de superfície dum grão	de
Figura	3	diamante tornado áspero, ampliado 500 vezes, mostra um pormenor parcial da superfície dum grào
Figura	4	de diamante, ampliado 5.000 vezes, e mostra uma secçào-transversal, parcial, através	dum
	0	grão de diamante. grão de diamante 1 mostrado no desenho é	um

diamante sintético na forma dum octahedro cúbico dispostas regularmente. Estas faces estão artificialmente para um múltiplo da área de com faces aumentadas superfície

natural original por um tratamento do grão de diamante por um pó metálico a uma temperatura de 850°C num forno, em que o grão de diamante é exposto à acção de hidrogénio. Como consequência deste tratamento, o grão de diamante 1 fica com a superfície coberta de poros 2 que têm sub-cortes para que o agente de união para o grão de diamante possa penetrar como uma raiz naquele, estando considerávelmente aumentada a área de adesão.

Claims

REIVINDICAÇÕES

I^a - Processo de tratamento de partículas de diamantes caracterizado por as partículas de diamante (1) serem expostas a uma corrente de hidrogéneo ou a um gás contendo hidrogéneo a uma temperatura superior a 700°C para aumentar a sua superfície pelo menos para o dobro da grandeza da sua superfície natural por criação de poros (2) ao serem embebidos por pó de metal com uma grandeza de partículas inferior a 20 pm.
2^a - Processo de acordo com. a reivindicação 1, caracterizado por as partículas de diamante serem submetidas a uma temperatura de reacção de 700 a 900°C.
3^a - Processo de acordo com a reivindicação 1, caractérizado por as partículas de diamante (1) serem envolvidas num pó de metal constituído por ferro, niquel ou uma mistura ou liga com estes metais.