Алмазы и сверхтвердые материалы, и их свойства.

Технология алмазного бурения

Бурение коронками с резцами из твердого сплава эффективно лишь в мягких и скальных породах средней крепости, т.е. в породах от I до VII – VIII категорий по буримости, причем, чем выше категория пород, тем меньше эффективность твердосплавного бурения. В породах IХ – ХII категорий твердосплавное бурение практически неприемлемо. До середины пятидесятых годов прошлого столетия, когда в нашей стране еще не было своих технических алмазов, в твердых скальных породах бурение приходилось выполнять дробью, что было малоэффективно и по скорости бурения и по сложности технологии.

Породы IХ – ХII категорий представлены твердыми и очень твердыми минералами и породами, разрушать которые может только один природный материал-минерал - АЛМАЗ. Алмаз обладает уникальными свойствами – твердостью и износостойкостью, что позволяет использовать его для бурения самых твердых пород.

Впервые алмазные резцы для бурения были применены в 1854 г. Алмазная коронка впервые была предложена в 1862 году часовщиком Г.Лешо и использовалась при бурении взрывных скважин, при проходке туннеля в Альпах. После этого за рубежом стали применять и для разведочного бурения коронки, армированные (зачеканенными) сравнительно крупными 4 – 6 мм алмазными резцами по 4 – 6 штук в коронке. Такие коронки называли «крупноалмазные». В конце ХIХ века и за рубежом и в России стали применять «мелкоалмазные» коронки с мелкими техническими алмазами. В России в начале XX века большой вклад в развитие алмазного бурения сделал профессор С.Петербургского университета С.Г. Войслав, он же сконструировал буровой станок вращательного бурения с автоматизированной подачей.

Массовое внедрение алмазного бурения в нашей стране началось в конце пятидесятых годов прошлого века после открытия и начала промышленной добычи Якутских алмазов. В эти же годы за рубежом, а с 1960 года и в СССР были получены первые промышленные синтетические алмазы. В дальнейшем производство синтетических алмазов расширялось и совершенствовалось, их качество практически сравнялось с природными. Сейчас примерно половина всех буровых алмазных коронок армируется синтетическими алмазами (неправильно употреблять термин «искусственные алмазы»).

Алмазы и сверхтвердые материалы, и их свойства.

Алмаз представляет собой чистый углерод (то же, что и графит), отличающийся сверхплотной кристаллической решеткой, что и определяет его уникальную твердость. Кристаллы алмаза могут иметь разные формы:– кубическая, октаэдры, ромбододекаэдры и другие. Кристаллы могут иметь не только прямые, но и округлые грани и тогда они называются гексоидроид, октаидроид и.т.д. В природе встречаются как монокристаллы, так и поликристаллические образования. Выделяют 4 типа природных алмазов:

- целые монокристаллы – обычно представляют большую ценность и используются для ювелирных целей,

- балассы - тонкокристаллические поликристаллические образования округлой формы лучистого строения с более твердой и износостойкой чем сердцевина оболочкой,

- карбонадо - черные или коричневые бразильские алмазы также поликристаллические овальной формы и также имеющие более твердую и износостойкую оболочку (карбонадо и балассы раньше за рубежом использовались в буровых коронках в качестве подрезных).

- борт – технические алмазы небольшой величины (от 2 – 3 шт. на карат до 600 шт. на карат и мельче), представленные обломками и сростками кристаллов, дефектными кристаллами с трещинами, сколами, включениями и прочими дефектами. Именно алмазный борт идет на изготовление обрабатывающего инструмента и буровых коронок.

Синтетические алмазы представляют собой обычно мелкие монокристаллы и их сростки. Из наиболее мелких природных и синтетических алмазов можно создавать поликристаллические спеки, но это уже относится к «сверхтвердым материалам - СТМ».