A finales de 2018, la gente estudiaba los diamantes.
El químico francés Lavoisier y otros descubrieron que el diamante es una sustancia inflamable que se convierte en gas después de quemarse. En 1797, el químico británico Tennant confirmó mediante una investigación experimental que el diamante es la forma cristalizada del carbono y que él y el grafito son isómeros del carbono.
El principal mineral de diamante natural pertenece a la mica peridotita brechada (kimberlita). Cuando el elemento carbono en la roca de kimberlita ubicada a gran profundidad alcanza una cierta concentración, cristalizará en cristales de diamante a alta temperatura y presión, formando así un depósito de diamantes.
Más tarde, la gente ha estado estudiando cómo convertir carbono en diamante en condiciones artificiales. Durante el último siglo y medio, muchas personas han realizado diversos experimentos. Sin embargo, debido a la falta de conocimientos teóricos suficientes y de equipos de alto voltaje adecuados en ese momento, los experimentos anteriores equivalían a andar a tientas en la oscuridad y estaban destinados a fracasar.
Hasta mediados del siglo XX, el conocimiento científico moderno sentó las bases teóricas para la síntesis del diamante, y el nacimiento y la mejora continua de los dispositivos de alto voltaje proporcionaron los medios necesarios. Bajo estas dos premisas se inició el trabajo real de desarrollo de diamantes utilizando tecnología de alta temperatura y alta presión.
A partir de 1940, este trabajo avanzó simultáneamente en dos áreas: teóricamente, a partir del cálculo de Rossini de la curva de equilibrio grafito-diamante por debajo de 1200°C, la presión necesaria para la síntesis del diamante y las condiciones de temperatura se fueron transformando gradualmente. claro en términos de equipamiento, basado en el yunque de elevación de Bridgman, gracias a los esfuerzos continuos de F.P. Bundy y H.T Hall, en 1953 se diseñó con éxito el doble techo del anillo anual (cinturón) para actualizar el equipo de presión ultraalta. Sobre la base de estos avances, los químicos físicos H.T. Hall y F.P. Band-Aid de la General Electric Company de los Estados Unidos finalmente lo produjeron con éxito en febrero de 1954 y en 1958. El diamante en ese momento se sintetizaba agregando sustancias que contenían hierro (meteorito de azufre y hierro) al grafito a través de un dispositivo de correa. Más tarde, en 1960, Liander y Lundblad, de la empresa sueca ASEA, afirmaron que ya en 1953 habían sintetizado con éxito diamantes utilizando grafito y carburo metálico en una prensa superior de seis lados, pero no se anunció en ese momento.
Poco después de la aparición del diamante artificial, apareció otro material artificial superduro: el nitruro de boro cúbico (CBN). Actualmente no se encuentra ningún CBN natural en la naturaleza. Fue sintetizado por Wintoff, otro físico químico de General Electric Company en Estados Unidos, en 1957 utilizando tecnología de alta presión y alta temperatura similar a la síntesis de diamantes en presencia de catalizadores. Luego entró rápidamente en la producción industrial.
Desde el exitoso desarrollo del diamante artificial en 1954, la investigación sobre el diamante sintético con catalizador hidrostático ha logrado grandes avances.
En 1961, Decarli y Jamieson sintetizaron con éxito diamante mediante método explosivo por primera vez bajo el impacto de 30GPa.
En 1962, Band-Aid logró la transformación directa de grafito sin catalizador en diamante bajo una presión estática de 3000 K ~ 4000 K y superior a 12 GPa, y determinó que los puntos triples del diamante, grafito y El carbono líquido son: 4100K y 12,5GPa.
En 1966, DuPont investigó con éxito el método de enfriamiento por impacto del diamante sintético explosivo basándose en el trabajo de De Calle y otros, y lo puso en producción industrial. Ese mismo año, Hall desarrolló con éxito un cuerpo sinterizado de polvo de diamante Mega (policristalino).
En 1970, Wentov obtuvo con éxito un gran diamante cultivado artificialmente con calidad de gema, con un tamaño de aproximadamente 6 mm y un peso de 1 quilate (1 quilate = 0,2 g).
En 1972, se puso en producción el cuerpo sinterizado Compax en Estados Unidos, abriendo una nueva forma de fabricar materiales compuestos policristalinos.
Después de la década de 1980, la investigación sobre películas de diamantes artificiales ha experimentado un auge y se espera que entre en la etapa de industrialización a principios del siglo XX. Las películas de materiales superduros se denominan nuevos materiales del siglo XXI.
La historia del desarrollo de materiales superduros en el campo industrial durante más de 40 años ha pasado por las siguientes etapas:
La década de 1950 fue la etapa de investigación, desarrollo y construcción industrial preliminar. y la producción a pequeña escala comenzó en Estados Unidos.
La década de 1960 fue el inicio de la industrialización y la producción industrial comenzó a tomar forma. Sin embargo, debido a las restricciones a los derechos de patente, la producción industrial está controlada por unos pocos países y monopolios. Durante este período, el diamante se utilizó principalmente para fabricar herramientas abrasivas, desempeñando un papel auxiliar en el rectificado y para el procesamiento de alta precisión y baja rugosidad de materiales duros y quebradizos.
En la década de 1970, los abrasivos de diamante se desarrollaron rápidamente. Al mismo tiempo, el ámbito de aplicación del diamante se extiende a herramientas de perforación y corte.
En las herramientas abrasivas, el rectificado con diamante se ha expandido desde el rectificado fino hasta el rectificado basto, el rectificado de formas, el rectificado potente y otros campos. Los materiales superduros (diamante y nitruro de boro cúbico) han reemplazado a los abrasivos ordinarios (carburo de silicio y corindón) y se han convertido en una importante tendencia de desarrollo en la industria de abrasivos del mundo. Desde la perspectiva de la fabricación de abrasivos, este tipo de progreso puede ahorrar energía, mejorar las condiciones de trabajo, prevenir la contaminación ambiental y favorece la automatización del proceso de producción en términos de efectos de uso, puede mejorar la calidad y eficiencia de la molienda y; mejorar la vida útil de las herramientas abrasivas.
En términos de herramientas de perforación, las brocas geológicas y las brocas para petróleo hechas de diamante monocristalino y policristalino (incluido el cuerpo sinterizado policristalino y policristalino) han reemplazado los granos de acero y las brocas de carburo cementado, y han logrado un efecto notable. . Las partículas de acero no solo pueden perforar las formaciones rocosas más duras que son difíciles de perforar, sino que también tienen una alta tasa de penetración mecánica, que puede aumentar de 1 a 2 veces. La desviación vertical del pozo es pequeña y de pequeño diámetro. También se puede realizar perforación. Por lo tanto, las brocas de diamante se han convertido en la dirección del desarrollo.
Las herramientas de corte de diamante policristalino, que se han utilizado desde la década de 1970, han demostrado un rendimiento incomparable en el procesamiento de materiales duros, quebradizos y difíciles de mecanizar, reemplazando a las herramientas de corte de carburo cementado. Posteriormente, las herramientas de corte policristalinas de nitruro de boro cúbico también lograron un gran éxito en el procesamiento de aceros de aleación duros y resistentes y otros materiales difíciles de mecanizar. Por lo tanto, se han convertido en una nueva herramienta de procesamiento necesaria para las máquinas herramienta CNC avanzadas y los sistemas de procesamiento flexibles del siglo XXI. siglo y tienen amplias perspectivas de desarrollo.
En la década de 1980, las herramientas de corte de diamante se desarrollaron rápidamente y se convirtieron en uno de los tres principales tipos de herramientas de diamante, junto con las herramientas de pulido y las herramientas de perforación de diamante, con mayor consumo. Las herramientas de corte de diamante se utilizan principalmente para serrar piedra natural y artificial, así como autopistas, pistas de aeropuertos y elementos de construcción de hormigón.
En la década de 1990, los materiales superduros monocristalinos y policristalinos y las herramientas de materiales superduros entraron en una nueva etapa de desarrollo integral hacia los objetivos de alta calidad, bajo costo, múltiples variedades, especialización y serialización. Durante este período, las herramientas para procesar piedra continuaron desarrollándose rápidamente y su consumo de diamantes superó a las herramientas abrasivas y ascendió al primer lugar. Entre las diversas herramientas diamantadas desarrolladas y aplicadas en nuestro país, las herramientas diamantadas utilizadas para extraer piedra, aserrar placas y esmerilar y pulir superficies se han convertido en las herramientas más utilizadas, representando alrededor del 50% del total.
En la actualidad, la proporción de composición de varios tipos de herramientas en materiales superduros (incluidos el diamante y el nitruro de boro cúbico) en el país y en el extranjero es: herramientas de rectificado y sus herramientas de rectificado (alrededor de 30), herramientas de aserrado (alrededor de 30), herramientas de corte (aproximadamente 15), herramientas de perforación (aproximadamente 15) y otras herramientas (aproximadamente 10)
Durante los últimos 40 años, el diamante artificial ha evolucionado de "superabrasivos" (hasta 1970) a " materiales para herramientas" (hasta 1985). Desde la segunda mitad de la década de 1980 (después de 1985), debido a la producción en masa de monocristales de grano grande y alta calidad y a la aparición de películas de diamante, el diamante y el nitruro de boro cúbico entraron en la " materiales funcionales". El diamante se utiliza ampliamente en las industrias electrónica, informática y aeroespacial debido a sus buenas propiedades ópticas, eléctricas, térmicas y acústicas.