Nuo anglies iki lydinio
Trintis ir dilimas trumpina įvairių mašinų detalių amžių, todėl kasmet susidaro milijardiniai nuostoliai. Daug detalių ir įrankių tenka nuolatos tepti. Kadangi keramiką galima taikyti ne visur, o dilimui atsparūs plastikai yra nepakankamai stabilūs, naujosios įrankių dangos darosi vis svarbesnės. Ypač daug pritaikymo galimybių randa itin plonos polikristalinės deimanto tipo anglies dangos, kurias, naudojant cheminį dujų nusodinimo būdą (angl. chemical vapour deposition,CVD), galima nusodinti ant įvairiausių paviršių – nuo kietmetalių iki stiklo. Pačios dangos dengiamos 500–950 °C temperatūroje.
Nors deimanto cheminis elementas yra anglis, kitaip nei juodame ir minkštame grafite, deimantuose ji kristalizuojasi į pačią kiečiausią iš Žemėje žinomų medžiagų. Deimantai puikiai praleidžia šilumą, nereaguoja su beveik visais cheminiais junginiais, yra geri elektros izoliatoriai.
Vis dėlto dar prieš kelerius metus deimantinio pjovimo ar gręžimo darbų statybose beveik nebuvo. Dabar tai nuolatinis šiuolaikinių statybinių darbų palydovas: deimantiniai segmentai gaminami kelių rūšių, kiekviena rūšis skirta konkrečioms statybinėms medžiagoms gręžti – skylės gręžiamos gelžbetonyje, akmenyje, keramikoje, mūre, silikate, betone (taip pat ir armuotame). Deimantinės dangos idealiai tinka įvairiems medžiagų apdorojimo įrankiams: grąžtams, frezoms, diskams, tekinimo peiliams. Palyginus padengtų ir nepadengtų deimantu įrankių darbo trukmę, matyti pirmųjų pranašumai, pavyzdžiui, mikrogrąžtai be deimanto dangos gali atlaikyti apie 8 000 gręžimų, o padengus šia danga – net 20 000.
Leidžia taikytis prie pakitusių reikalavimų
Deimantiniai įrankiai statybininkams leidžia lengviau prisitaikyti prie pakitusių reikalavimų statybai. Saugant pastato konstrukcijas šiandien dažnai reikalaujama, kad technologinės angos būtų gręžiamos ar išpjaunamos be vibracijos, kuri neretai pažeidžia pastato konstrukcijas dar nebaigus statybos; kad betonuojant nebūtų paliekama komunikacijų angų, kurios deimantiniais grąžtais būtų gręžiamos vėliau. Tai leidžia paspartinti statybos darbus ir padidinti darbų tikslumą bei kokybę.
Statybinė konstrukcija (betonas, gelžbetonis, mūras ar akmens rieduliai) pjaunama atitinkamu deimantiniu segmentu, kuris yra specialus, dažniausiai spalvotųjų metalų lydinys su natūralaus ar sintetinio deimanto grūdeliais, tolygiai išsidėsčiusiais visame segmento paviršiuje 0,1–0,6 mm storiu. Deimantiniai segmentai gaminami kelių rūšių konkrečioms statybinėms medžiagoms gręžti, skiriasi tik deimantinio segmento lydinys. Pagrindinis deimantinių įrankių galios šaltinis – lydinio sudėtis, kurios juos gaminančios firmos neatskleidžia. Siekiant grąžtą ar pjūklą padaryti universalesnį, dažniausiai naudojamas kelių rūšių segmentų rinkinys. Segmentai prie grąžto viršūnės ar pjovimo disko privirinami aukšto dažnio elektros srove, lazeriu, lituojami lydiniais, kurių pagrindas – sidabras. Gręžiant skyles (kiaurymes) ar pjovimo metu segmentai dažniausiai aušinami vandeniu ir padidina įrankių ilgalaikiškumą, visiškai išvengiama dulkių. Arba gręžiant dulkės nusiurbiamos vakuuminiais siurbliais.
Gręžimo variacijos
Deimantinio gręžimo grąžtų skersmuo paprastai būna nuo 8 iki 1 200 mm. Grąžtai yra vamzdiniai. Išgręžta dalis išlaužiama ir, įstačius grąžto ilgintuvą, gręžiama toliau. Praktiškai ilgesnės kaip 4 m kiaurymės gręžiamos labai retai.
Deimantinio gręžimo staklės yra labai universalios, dažniausiai tvirtinamos prie gręžiamo paviršiaus. Tačiau galimi ir kitokie staklių tvirtinimo būdai.
Deimantinio gręžimo staklėse pavaros įrengiamos pagal poreikį. Iki 500 mm skersmens kiaurymės gręžiamos naudojant iki 5 kW galingumo elektrines pavaras, didesniam skersmeniui – elektrinės-hidraulinės pavaros. 1 200 mm skersmens grąžtą suka 14 kW elektrinė-hidraulinė pavara, tokio gręžimo tikslumas iki 1 mm. Pavyzdžiui, 9 m 20 cm ilgio kiaurymė yra išgręžta Vilniaus žemutinės pilies Valdovų rūmų komplekse, 16 m ilgio kiaurymė – per tilto konstrukcijas.
Deimantinio pjovimo ypatumai
Pjauti naudojami 200–2 000 mm skersmens deimantiniai pjovimo diskai. Deimantinio pjovimo staklėse taip pat įrengiamos elektrinės bei elektrinės-hidraulinės pavaros. Elektrinės pavaros naudojamos esant pjovimo gyliui iki 30 cm, gilesniems pjūviams – elektrinės-hidraulinės pavaros. Deimantiniais pjūklais išgaunamas maksimalus pjovimo gylis gali siekti 95 cm, tuomet prireiks 37 kW pavaros. Įrenginį sudaro elektrinė-hidraulinė stotelė bei pjovimo staklės. Jos tvirtinamos tiesiai prie pjaunamo paviršiaus, nors galima tvirtinti ir prie lubų, tvirtinimą galima reguliuoti įvairiu kampu. Pjovimo tikslumas 1 mm.
Deimantinis lynas sutaupo vietos
Nors deimantiniais įrankiais gręžimo ir pjovimo darbų atlikimo galimybės labai didelės, vis dėlto jos turi ir tam tikrų apribojimų. Pavyzdžiui, reikia pakankamai vietos staklėms pritvirtinti, o deimantiniais pjūklais pjaunant dėl pjūklų apvalumo papildomai įpjaunamas sienos paviršius iš pjovimo pusės.
Išeitis – pjovimas deimantiniais lynais. Toks pasirinkimas suteikia beveik neribotas galimybes. Deimantinio pjovimo lyną sudaro plieninis lynas su ant jo suvertais deimantiniais segmentais. Pjaunamą paviršių pakanka apjuosti deimantiniu lynu, paskui lynas įtempiamas ir sukamas pjovimo staklėmis. Labai praktiška savybė ta, kad pjūvio linija nebūtinai turi būti tiesi – skriemuliais ją galima keisti netgi pjovimo metu.
Pjovimo deimantiniais lynais staklėms naudojamos elektrinės-hidraulinės, elektrinės-pneumatinės pavaros, staklių galingumas 12–90 kW. Deimantiniu lynu galima išpjauti bet kokios konfigūracijos segmentą. Pjovimo gylį bei pjaunamo paviršiaus plotą riboja tik staklių galingumas bei deimantinio lyno ilgis. Praktiškai naudojami 10–25 m ilgio deimantiniai lynai, išskirtiniais atvejais – iki 60 m ilgio lynai. 25 m ilgio lynu galima iš karto perpjauti 10–12 m storio sieną.
Kiečiausias – sintetinis deimantas?
Kinai pagamino kiečiausią pasaulyje deimantą, patvirtindami posakį, kad šioje šalyje gaminama viskas. Janšano universiteto mokslininkų gaminio – sintetinio deimanto – kietumas ir atsparumas karščiui yra didesni nei natūralių deimantų. Naujoji deimanto forma tinka gaminant aukščiausios kokybės pjovimo ar slėgimo įrangą, galinčią veikti net ir pačiomis ekstremaliausiomis sąlygomis. Šie išskirtiniai deimantai pagaminti kaitinant anglies „svogūnus“ – koncentrines fulereno sferas, sudėtas viena į kitą tarsi svogūno sluoksniai. Molekulės buvo veikiamos 2 000 °C temperatūra ir 25 GPa slėgiu – šimtus tūkstančių kartų didesniu nei atmosferos slėgis. Galutinės produkcijos kietumas yra apie 200 GPa, dirbtinis deimantas išlieka stabilus net 1 000 °C temperatūroje – 200 °C aukštesnėje nei natūralūs deimantai. Dabar mokslininkai bando pakoreguoti deimantų gamybos procesą taip, kad gamybai pakaktų žemesnio slėgio.
Dar kietesnį deimantą dirbtiniu būdu sukūrė anglų mokslininkai, tvirtindami, kad iš dujų gaminamas deimantas yra tikras proveržis, nes toks savo kietumu laužo ne tik kietumo matavimo įnagį, bet ir užauga iš kristalo užuomazgos maždaug… per parą. Toks kristalas užaugintas intensyviuoju cheminiu garų nusodinimo procesu. Vandenilio dujos ir metanas specialioje kameroje bombarduojami įelektrintomis dalelėmis arba plazma. Po to kristalai iki 2 000 °C ir 10 min. veikiami 50–70 tūkst. atmosferų. Šie deimantai yra dvigubai kietesni už natūralius.Jie tiks ir metalo pjovimo įrankiams, – tikina Carnegie’io instituto chemikai.
Kitas prieš 15 metų atliktas išradimas irgi pastūmėjo įrankių pramonę į priekį, kai mokslininkai sukūrė įtaisą, iš išmetamųjų automobilių dujų pašalinantį 70 % teršalų ir gaminantį anglį, kurią galima paversti deimantu.
Šiandien dirbtiniai deimantai gaminami daugiausia specialiose kamerose iš grafito ar kitų anglingų medžiagų
1 000–2 000 °C temperatūroje ir didelio (500–800 Mpa) slėgio sąlygomis. Deimantų sintezei paspartinti pridedama katalizatorių – geležies, nikelio ar jo lydinių. Atsižvelgiant į sintezės sąlygas, gali susidaryti mikrokristaliniai balo (kelių mm skersmens) ir karbonato (stiprūs, atsparūs smūgiams) tipo agregatai. Pirmieji dirbtiniai deimantai pasaulyje pradėti gaminti 1954 m. ir iki šiol naudojami kaip abrazyvinės medžiagos, tinkamos deimantiniams įrankiams gaminti.
