Абразивные материалы (лат. abrasio – соскабливание ) – мелкозернистые вещества высокой твердости, используемые для обработки поверхностей из металлов, полимеров, дерева, камня и т.д.
В обработанном виде абразивные материалы применяются для обдирки, зачистки металла, шлифования, заточки, притирки, отделки поверхности протеза. Они представляют собой твердые кристаллические или порошкообразные минералы. Абразивные материалы классифицируют:
1. По назначению:
а. шлифовочные;
б. полировочные.
2. По природе связующего вещества:
а. керамические;
б. бакелитовые;
в. вулканитовые;
3. По форме инструмента (материала): круги различных размеров (тарельчатые, чашечные, чечевичные фрезы, фасонные головки, грушевидные, конусовидные), наждачное полотно и бумага.
4. По происхождению:
а. естественного;
б. искусственного.
Абразивные материалы бывают естественные и искусственные. К естественным относятся корунд, наждак, кварц, кремень, пемза, гранит, песчаник, алмаз, к искусственным – электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, графит, окись хрома и железа. Абразивные инструменты различаются по форме, размеру, зернистости, твердости абразива, природе связующего материала.
Свойства абразивов:
· твердость и прочность;
· форма абразивной частицы или зерна;
· абразивная способность;
· зернистость.
На скорость истирания влияют следующие факторы:
1. Большая разница в твердости между материалом абразива и субстратом (обрабатываемое изделие). Для шлифования необходимо, чтобы твердость абразива была более высокой, чем твердость поверхности субстрата. Абразив должен обладать определенной хрупкостью, поскольку при обработке происходит излом абразивного зерна, и образуется новый режущий край. При высокой вязкости абразива он не будет ломаться, а постепенно округляться и терять шлифующую способность.
2. Размер частиц абразива. В зависимости от размера частиц абразив может быть грубым, средним и тонким. Абразивные частицы большого размера будут истирать поверхность быстрее, однако на поверхности субстрата останутся более грубые царапины, чем при обработке тонким абразивом.
3. Форма частиц бывает разной. Заостренные неправильной формы зерна абразива будут истирать поверхность быстрее закругленных частиц, имеющих более тупые режущие грани. Но первые будут оставлять на поверхности более глубокие царапины, чем вторые. По мере увеличения времени действия абразива скорость истирания снижается, так как форма частиц абразива скругляется, а абразив загрязняется продуктами износа поверхности субстрата (осколками или стружкой). Наиболее благоприятной считается изометрическая форма абразива, т.е. имеющая одинаковые длину, ширину и высоту.
4. Скорость движения абразива по поверхности субстрата. Чем она больше, тем быстрей происходит истирание этой поверхности, при этом повышается температура истираемой поверхности.
5. Величина давления, приложенного к абразиву. Повышение давления приводит к более быстрому истиранию данным абразивом поверхности, при этом на поверхности появятся более глубокие и широкие царапины, повышается температура (при обработке поверхностей в полости рта последнее очень важно).
6. Наличие смазки, которая предназначена для снижения температуры разогрева и удаления из зоны действия абразива осколков или продуктов истирания субстрата.
В стоматологии абразивные материалы используются в виде различных инструментов. К инструментам для шлифования относятся камни, боры, резиновые круги и диски.
Полирование (от лат. polio – делаю гладким ) – процесс обработки материалов с целью получения чистой гладкой зеркальной поверхности. Этот процесс следует за шлифованием.
Полирование осуществляют с помощью абразива, состоящего из частиц очень маленького размера (субмикронного). Частицы меньшего размера выглаживают поверхность, устраняя шероховатости, полученные при шлифовании более грубым абразивом. В отличие от абразива, применяемого для шлифования, полирующий абразив должен быть мягче материала полируемого протеза.
Полирование проводится при помощи кругов или круглых щеток, покрытых полировочными пастами. Линейная скорость при полировании должна быть больше, чем при шлифовании. Для полирования используют оксид хрома, оксид железа (крокус), мел, гипс, диатомит.
Контрольные вопросы
1. Перечислите виды природных восков.
2. Как подразделяются стоматологические воски по назначению?
3. Какие требования предъявляются к формовочным материалам?
4. Какова практическая значимость гигроскопического или термического расширения формовочных материалов?
5. Перечислите основные свойства абразивов.
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.
См. также
ФИЗИКА ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ . 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.
Плавленый глинозем.
Через несколько лет после открытия карбида кремния был найден способ получения искусственного плавленого глинозема. Из большей части применений он вытеснил природный корунд и наждак ввиду своей лучшей однородности и других характеристик. Из его многочисленных запатентованных названий, вероятно, более известны алунд, алоксит и лионит. Под этими названиями, снабженными дополнительными обозначениями качества (с помощью букв или цифр, например, алунд-38), выпускаются разновидности глинозема, различающиеся прочностью и ударной вязкостью. Эти различия обычно связаны с содержанием оксида титана, которое составляет от 0 до примерно 3,5%: чем больше оксида титана, тем прочнее абразив. Прочностью определяется область применения абразива. Чистый плавленый глинозем относительно хрупок. Наибольшее применение он находит для заточки инструмента, причем существенно, что шлифовальный круг из такого глинозема скорее разрушится сам, чем нагреется до такой степени, когда возможна порча инструмента. Цвет плавленого глинозема зависит от содержания оксида титана. Абразив, изготовленный из химически чистого глинозема "байер", имеет белый цвет. С ростом содержания оксида титана цвет глинозема последовательно изменяется от белого до розового, красно-коричневого и темно-коричневого. Эти окрашенные разновидности получаются непосредственно из боксита. Все разновидности плавленого глинозема производятся в больших электродуговых печах. В процессе производства смесь гидратов глинозема смешивается с небольшим количеством графита, чтобы снизить содержание кремния и железа в конечном продукте. Добавляется также железная стружка, чтобы связать восстановленный кремний. Образующийся ферросилиций оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позже удаляются магнитом. Конечный продукт - абразив - содержит 94-99% глинозема, а остаток составляют, в основном, оксид титана и кремнезем. Разновидность глинозема алунд-32 приготавливают с помощью несколько иного процесса, в результате которого получается расплавленный продукт, который содержит небольшое количество пирита, выделяющегося на границах между кристаллитами глинозема. Пирит вымывается при кислотном выщелачивании, оставляя высокочистые кристаллы глинозема несколько закругленной шишковатой формы, которые применяются для тех же целей, что и белый глинозем, получаемый другими способами. Плавленый глинозем, содержащий большое количество оксида натрия, образует бета-глинозем. Однако он настолько хрупок, что обычно не используется как абразив. Зато бета-глинозем - хороший огнеупор. Плавленый глинозем, особенно его коричневая форма, чрезвычайно прочен, а при износе его зерна скалываются таким образом, что на остатке первоначальной частицы появляются новые острые режущие ребра. При шлифовке на рабочей поверхности контакта может высвобождаться большое количество тепла. Когда выделяющаяся теплота может принести вред, например при заточке инструмента, пользователь должен выбирать более хрупкий абразивный материал или снижать скорость обработки.
Плавленый оксид циркония.
Плавленый оксид циркония дорог и тяжел, поэтому выгода его использования вызывает сомнения. Однако практика показывает, что изготовленные из него шлифовальные круги обеспечивают исключительно высокую скорость обработки металла и к тому же служат чрезвычайно долго.
Карбид бора.
Торговое название карбида бора B4C - норбид. Он производится путем восстановления оксида бора B2O3 углеродом в электропечи. Из плотных брусков карбида бора, полученных горячим формованием, изготовляют превосходные волоки для волочения проволоки, пескоструйные форсунки, режущие кромки резцов и т.д. Однако карбид бора не образует острых режущих ребер при износе и, следовательно, не может использоваться как абразив, кроме как в виде порошка для полирования.
Нитрид бора.
Кубический нитрид бора BN - самое твердое из известных ныне веществ вслед за алмазом (примерно в два раза менее твердое, чем алмаз). Его изготавливают путем химического взаимодействия бора с азотом и спекания полученного продукта способом, аналогичным используемому при производстве синтетических алмазов. Кубический нитрид бора весьма эффективен при шлифовке стали.
Металлические абразивы.
Из искусственных абразивов по объему производства металлические абразивы уступают только плавленому глинозему. Хотя их обычно называют стальными, большинство металлических абразивов представляют собой отбеленный чугун в форме дробинок или заостренных зерен. Дробинки широко используются для дробеструйной обработки и дробеструйного упрочнения, поскольку сопротивление металлических деталей усталости возрастает при такой бомбардировке их поверхности. "Стальные" зерна используются также как абразив для черновой обработки гранита и других камней. Шлифовальные круги из глинозема и карбида кремния часто подправляют на вращающемся стальном столике. Поверхность столика покрывают неплотным слоем "стальных" зерен, которые обтесывают поверхность даже очень твердых абразивных материалов.
Разнообразные минеральные абразивы.
В качестве абразивных материалов часто используют такие вещества, как оксиды олова, церия и железа (полировальные порошки руж и крокус). Речной песок применяют для шлифовки стеклянных листов и пескоструйной обработки. Полевой шпат, известь, мел, обожженная глина и т.д. используются как компоненты чистящих порошков. Почти все тонкодисперсные минералы так или иначе использовались либо используются для чистки или полировки. Однако их применение носит случайный характер, и обычно их не относят к абразивам.
Характеристики. Твердость.
Процесс абразивной обработки можно сравнить с процессом обтесывания (зубилом, долотом, стамеской), поскольку материал удаляется с обрабатываемого изделия силовым воздействием острых выступов абразива. Поэтому твердость абразива - очень важный параметр. Германский минералог Ф. Моос установил первую шкалу относительной твердости различных минералов в 1820. По шкале Мооса твердость минералов оценивается значениями от 1 до 10 относительно 10 эталонов, в том числе талька (1), кварца (7) и алмаза (10). Шкала Мооса неравномерна, так что, например, изменение твердости при переходе от эталона 9 к эталону 10 больше, чем при переходе от эталона 1 к эталону 9. При оценке искусственных абразивов возникла необходимость расширить шкалу Мооса. Р.Риджуэй добавил несколько чисел к верхнему краю шкалы и изменил положение некоторых верхних чисел Мооса. К.Вудделл измерил степень, с какой различные минералы сопротивляются царапанью алмазом в контролируемых условиях и ввел соразмерные числа выше числа Мооса 9 (корунд). Числа твердости по Кнупу определяются по размеру отпечатка, создаваемому при вдавливании в материал алмазной пирамиды под воздействием определенной нагрузки (см. табл.).
Прочность.
Ударная вязкость, или сопротивление разрушению абразива при ударе, обычно определяется по уменьшению размера частицы при прокатывании в шаровой мельнице с контролируемым усилием или при ее ударе о твердую поверхность. Это испытание, однако, не стандартизовано. Близкий показатель получается при определении сопротивления абразива сжатию. Обнаружено, что, как правило, чем тверже абразив, тем выше у него сопротивление сжатию. Прочность абразива важна при шлифовке несвязанными зернами, но для изготовления шлифовального круга более выгоден хрупкий абразив, поскольку шлифующее острие должно при затуплении скалываться, чтобы появились новые острые рабочие ребра зерна.
Абразивы на связке.
Хотя тысячи тонн сыпучих абразивов ежегодно применяются в таких операциях, как притирка, полирование, шлифование и струйная обработка, гораздо большее их количество используется в абразивных инструментах на связке, главным образом в шлифовальных кругах и наждачной бумаге. Значительное количество абразивов идет на изготовление приспособлений для шабровки, суперфиниша и хонингования, а также для нескользящего напольного кафеля и аналогичной продукции. Специфические шлифовальные операции именуются по-разному. К первичной обработке относят обдирку для снятия заусенцев или закраин без тщательного соблюдения условий окончательной отделки или размерных допусков. При поверхностном шлифовании производится окончательная отделка поверхностей, обычно плоских, с высокой степенью соблюдения размерных допусков и выравнивания поверхности; обрабатываемая деталь на время шлифования обычно закрепляется в магнитном патроне, и шлифование производится либо краем абразивного круга, либо плоскими боковыми поверхностями абразивных сегментов, вращающимися параллельно поверхности детали. При цилиндрическом шлифовании и деталь, и абразив вращаются относительно параллельных осей. Операция, называемая бесцентровым шлифованием, обеспечивает цилиндрическую форму изделия посредством подачи детали, закрепленной на плоской поверхности между двумя шлифовальными кругами, установленными под небольшим углом друг к другу. Один круг шлифует деталь, тогда как второй вращает ее и заставляет перемещаться вдоль рабочей поверхности. При контурном шлифовании шлифовальный круг несет шаблон или контур, форма которого передается обрабатываемой детали. Форма контура поддерживается правкой круга алмазным инструментом. Другие распространенные операции - зубошлифование и резьбошлифование. Хонингование, например, цилиндров автомобильного двигателя, выполняется с помощью удлиненных абразивных брусков, которые закрепляются в хонинговальной головке, совершающей внутри цилиндра вращательное и возвратно-поступательное движения. Исследования показали, что при шлифовании с материалами происходят химические превращения. Обнаружено, что если абразив и металл образуют плотный контакт, удаления металла не происходит; зерна абразива просто переталкивают металлические волокна с места на место, не удаляя их; если все же они отрываются от основного металла, то сразу же снова прочно привариваются к нему.
См. также
СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ ;
МЕТАЛЛОВ ИСПЫТАНИЯ .
ЛИТЕРАТУРА
Основы проектирования и технологии изготовления абразивных и алмазных инструментов. М., 1975 Гаршин А.П. и др. Абразивные материалы. Л., 1983 Эфрос М.Г., Миронюк В.С. Современные абразивные инструменты. Л., 1987
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
Абразивные чистящие средства выпускаются в виде порошков и паст, иногда в виде суспензии. В их составе обычно присутствуют поверхностно-активные вещества (ПАВ), метасиликат натрия, кальцинированная сода, триполифосфат натрия и дезинфицирующие вещества с содержанием хлора или без. Ароматизируются различными отдушками. В качестве абразивов вводятся тщательно перемолотые порошки песка, пемзы, мела, буры.
В пастообразные абразивные чистящие средства обычно вводят наиболее мягкий абразив в виде пемзы. Кроме перечисленных выше веществ в пасты добавляют воду, глицерин или этиленгликоль. Последние не дают быстро высыхать пасте и смягчают кожу рук после воздействия химических компонентов.
Главным недостатком моющих средств с абразивами считается возможность появления царапин на очищаемой поверхности. Могут стать более тусклыми фарфор и эмаль, на поверхностях из нержавеющей стали может повредиться полировка. Лучше воздержаться от интенсивной чистки абразивами поверхностей из стекловолокна, ламинированных и даже мрамора. Поэтому лучше начать чистку загрязненных мест с применением более мягких средств, затем попробуйте средство с мягким абразивом.
Где применяются абразивные чистящие средства
Керамические раковины хорошо очищаются порошком или пастой с мягкими абразивами. После нанесения средства и чистки нужно хорошо промыть и протереть насухо раковину. Это придаст ей блеск. Раковины из лучше очищать без применения абразивных средств и без хлора, который может вызвать коррозию металла. Если загрязнение сильное, попробуйте очистить малый участок, если не будет повреждений, можно приступать к чистке всей поверхности раковины. А раковины из стекла лучше чистить жидкими средствами без абразивов.
Ванны из акрила и чугунные чистить абразивными средствами постоянно не рекомендуется. Только для удаления сильных загрязнений. В эмалированных ваннах эмаль под действием абразивов может постепенно разрушаться, станет шершавой на ощупь и утратит блеск.
Унитазы хорошо чистить слабыми абразивными средствами, металлические и пластиковые детали унитазов лучше чистить без абразивов жидкими моющими средствами. Смесители лучше чистить без применения абразивов, слабыми моющими средствами и натирать сухой тряпкой для восстановления блеска.
Для эмалированной посуды можно применять абразивные чистящие только для удаления стойких загрязнений или подгоревших участков, копоти или кальциевого осадка от воды. Зато смело можно отчищать кафельную поверхность абразивными средствами. Ими легко удалять незаметные капельки жира с поверхности кафеля возле плиты
АБРАЗИ́ВНЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ (абразивы) (от лат. abrasio - соскабливание), вещества повышенной твердости, применяемые в массивном или измельченном состоянии для механической обработки (шлифования, резания, истирания, заточки, полирования и т. д.) других материалов. Естественные абразивные материалы - кремень, наждак, пемза, корунд, гранат, алмаз и др.; искусственные - электрокорунд, монокорунд, карбидкремния, боразон, эльбор, синтетический алмаз и др.
Абразивным может быть любой природный или искусственный материал, зерна которого обладают определенными свойствами: твердостью, прочностью и вязкостью; формой абразивного зерна; зернистостью, абразивной способностью, механической и химической стойкостью, т. е. способностью резания и шлифования других материалов. Главной особенностью абразивных материалов является их высокая твердость по сравнению с другими материалами и минералами. Именно на различии в твердости основаны все процессы шлифовки и резки материалов.
Твердость абразивных материалов определяют либо по шкале Мооса, либо методом вдавливания алмазной пирамиды в поверхность испытуемого материала.
Под абразивной способностью понимают возможность одного материала обрабатывать другой или группу различных материалов. Абразивная способность характеризуется массой снимаемого при шлифовании материала до затупления зерен, либо определяется количеством сошлифованного за определенное время материала. Для определения абразивной способности исследуемый материал помещают между двумя металлическими или стеклянными дисками, которые вращаются в противоположных направлениях. По количеству съема металла или стекол с поверхности дисков за определенный промежуток времени судят об абразивной способности исследуемого материала.
Если принять абразивную способность алмаза за единицу, абразивная способность карбида бора – 0,6, карбида кремния – 0,5. По абразивной способности абразивные материалы располагаются в следующем порядке: алмаз, кубический нитрид бора (боразон), карбид кремния, монокорунд, электрокорунд, наждак, кремень. Абразивная способность зависит от вида шлифуемых материалов, режима работы, вязкости и прочности зерен. Чем меньше в абразивном материале примесей, тем выше его абразивная способность.
Под механической стойкостью понимают способность абразивного материала выдерживать механические нагрузки и не разрушаться при резке, шлифовке и полировке. Механическая стойкость абразивных материалов характеризуется пределом прочности при сжатии, который определяют, раздавливая зерно абразивного материала и фиксируя нагрузку в момент его разрушения. При повышении температуры предел прочности абразивных материалов снижается, поэтому в процессе шлифования необходимо контролировать температуру.
Под химической стойкостью понимают способность абразивных материалов не изменять своих механических свойств в растворах щелочей, кислот, а также в воде и органических растворителях. Абразивные материалы часто используют в виде суспензий микропорошков определенной зернистости в различных растворах.
Размер зерен абразивных материалов оказывает существенное влияние на глубину залегания механически нарушенного слоя на поверхности материала при резке, шлифовке и полировке. Абразивное зерно - кристаллический осколок (кристаллит), реже монокристалл или агрегат, состоящий из множества мелких кристаллов (поликристалл). Режущая кромка зерна - ребро, образованное любой парой пересекающихся кристаллографических плоскостей. Зерно может иметь приблизительно равные размеры по высоте, ширине и толщине (изометрическая форма) или обладать мечевидной и пластинчатой формой, что определяется родом абразивного материала и степенью измельчения исходного зерна. Рациональна изометрическая или близкая к ней форма зерна, т. к. каждое зерно является резцом. Наименее выгодная форма - игольчатая. По размеру и однородности зерен абразивные материалы должны быть однородными. Зернистость абразивных материалов определяется классификацией зерен по линейным размерам методом ситового анализа, осаждением в жидкости или др. Зернистость абразивного материала регламентируется стандартом. Номер зернистости устанавливается в соответствии с линейными размерами зерна основной фракции. Чем однороднее по форме и размеру зерен абразивный материал, тем выше его эксплуатационные качества. Абразивные материалы отличаются между собой размером (крупностью) зерен и подразделяются на четыре группы: шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие микропорошки. Каждый номер зернистости абразивных материалов этих групп характеризуется пятью фракциями: предельной, крупной, основной, комплексной, и мелкой.
В зависимости от номера зернистости применяют различные методы контроля. Для абразивных материалов с зернистостью от номера 200 до 5, как правило, используют ситовой, а для абразивных микропорошков с зернистостью от М40 до М5 - микроскопический анализ.
Абразивные материалы широко применяются при механической обработке. Абразивные материалы используются в виде зерен, скрепленных связкой в различные по форме и назначению абразивные инструменты, или нанесенными на гибкую основу (ткань, бумагу и др.) в виде шлифовальной шкурки, а также в несвязанном состоянии в виде порошков, паст и суспензий.
Основные характеристики твердых составляющих абразивно-полировальных материалов
Основными характеристиками абразивного материала являются форма абразивных зерен, их крупность, твердость и механическая прочность, абразивная способность, минеральный и гранулометрический составы.
Форма абразивных зерен определяется природой абразивного материала, характеризуется их длиной, высотой и шириной. Абразивные зерна можно свести к следующим видам: изометричные, пластинчатые, мечевидные. Для отделочных работ предпочтение отдается изометричной форме зерен.
Абразивные зерна характеризуются состоянием поверхности (гладкая, шероховатая), кромок и выступов (острые, закругленные, прямолинейные, зазубренные и др.). Зерно с острыми углами значительно легче проникает в обрабатываемый материал. Зерна - сростки, неплотные по структуре, выдерживают меньшие усилия резания и быстрее разрушаются.
Для определения твердости установлены шкалы, в которых определенные материалы расположены в порядке возрастающей твердости, где любое последующее тверже предыдущего и может его царапать (таблица).
Сравнительные данные о твердости по различным шкалам
Алмаз и кубический нитрид бора обладают наибольшей твердостью. Ниже приведена средняя микротвердость алмаза, кубического нитрида бора, а также инструментальных и конструкционных материалов (в МН/м2 при 20° С): алмаз - 98 000; кубический нитрид бора - 91 000; карбид бора - 39 000; карбид кремния - 29 000; электрокорунд - 19 800; твердый сплав ВК8-17500; сплав ЦМ332 - 12 000; сталь Р18-4 900; сталь ХВГ - 4500; сталь 50-1960.
С повышением температуры твердость материалов снижается. Так например, при нагреве электрокорунда от 20 до 1000 °С его микротвердость снижается от 19 800 до 5880 МН/м2
В качестве абразивов используют минералы естественного и искусственного происхождения: алмазы; кубический нитрид бора, встречающийся под названиями эльбор, кубаиит, боразон, карбид бора и карбид кремния; электрокорунды белый, нормальный и легированный хромом и титаном и др. Условно относятся к этой группе "мягкие" абразивные материалы: крокус, окись хрома, диатомит, трепел, венская известь, тальк и др. В производственной практике гидрополирования в качестве абразива используют вибротела - отходы кирпича, стекольной и керамической промышленности, косточки плодовых фруктов.
Естественный алмаз - минерал, состоящий из одного химического элемента - углерода. Встречается в виде небольших кристаллов различной формы от 0,005 до нескольких карат (карат равен 0,2 г). Алмазы бывают бесцветные или окрашенные в различные тона: желтые, темно-зеленые, серые, черные, фиолетовые, красные, голубые и др. Алмаз является наиболее твердым минералом.
Высокая твердость обеспечивает алмазному зерну весьма высокие режущие свойства, способность разрушать поверхностные слои твердых металлов и неметаллов. Прочность алмаза на изгиб невысокая. Одним из существенных недостатков алмаза является сравнительно низкая температурная устойчивость. Это значит, что при высоких температурах алмаз превращается в графит, такое превращение начинается в обычных условиях при температуре близкой к 800 °С.
Искусственный (синтетический) алмаз. Синтетические алмазы получают из графита при высоких давлениях и высокой температуре. Они имеют те же физические и химические свойства, что и природные алмазы.
Кубический нитрид бора. (КНБ) - сверхтвердый материал, впервые синтезированный в 1957г, содержит 43,6% бора и 56,4% азота. Кристаллическая решетка КНБ является алмазоподобной, т.е. она имеет такое же строение, как и решетка алмаза, но содержит атомы бора и азота. Параметры кристаллической решетки КНБ несколько большие, чем решетки алмаза; сказанным, а также меньшей валентностью атомов, образующих решетку КНБ, объясняется его несколько меньшая твердость в сравнении с алмазом.
Кристаллы кубического нитрида бора имеют теплостойкость до 1200° С, что является одним из главных достоинств по сравнению с алмазом. Эти кристаллы получают путем синтеза гексагонального нитрида бора при наличии растворителя (катализатора) в специальных контейнерах на гидравлических прессах, обеспечивающих требуемое высокое давление (порядка 300-980 МН/м2) и высокую температуру (около 2000 °С).
