Najtwardszy materiał na świecie: diament, zdjęcie: FHM / pixelio.de
Czytając niemiecki zespół badawczy odkrył, dlaczego diamenty - mimo wszystko najtwardszy materiał na świecie - nawet szlifują: podczas polerowania powierzchnia, że ​​tak powiem miękka, tworzy się między kamieniem a diamentowymi fragmentami ściernicy, warstwą, w której poszczególne atomy węgla bardzo mocno Warstwę tę można następnie usunąć mechanicznie za pomocą tarczy lub chemicznie przez działanie tlenu atmosferycznego. „W momencie szlifowania diamentu diament nie jest już diamentem” - mówi Michael Moseler z Instytutu Mechaniki Materiałów we Fryburgu Fraunhofer, podsumowując wyniki badań. Naukowcom udało się to wykazać za pomocą skomplikowanych obliczeń, w których symulowali kwantowo-mechaniczne zachowanie poszczególnych atomów węgla. W przyszłości ta metoda będzie również odpowiadać na inne dotychczasowe pytania bez odpowiedzi dotyczące procesów tarcia między ciałami stałymi. Ze względu na swoją ekstremalną twardość diament jest często stosowany w przemyśle jako narzędzie tnące i składnik past polerskich. Ale jest również poszukiwany jako kamień szlachetny: przez stulecia doświadczeni rzemieślnicy szlifowali i polerowali surowe diamenty w diamenty i inne kształty - za pomocą diamentowych wiórów na żeliwnej tarczy. Istnieje jednak potrzeba instynktu: diamentu nie można wypolerować równie dobrze z każdej strony. Niektóre aspekty są łatwe do formowania, gładkie i bezbłędne, podczas gdy inne wydają się odporne na szlifowanie. Bardzo trudno jest również produkować dobrej jakości powierzchnie w takich miejscach. Naukowcy od dawna szukali wyjaśnienia tego zjawiska - a także odpowiedzi na jeszcze bardziej fundamentalne pytanie, dlaczego powierzchnia twardego diamentu reaguje na obróbkę odłamkami tego samego materiału. Moseler i jego koledzy opracowali nową metodę obliczeń, która pozwoliła im dokładnie określić, kiedy i jak atomy odrywają się od powierzchni diamentu.

Odkryli, że szybkie tarcie między odłamkami diamentowymi a szorstkim diamentem podczas szlifowania tworzy nową, mniej stałą warstwę węglową na szorstkim diamentie. W nim atomy nie są już ściśle ułożone w płaszczyznach jak w krysztale, ale są raczej zdezorientowane. Podczas polerowania miękka warstwa jest następnie usuwana na dwa sposoby: Po pierwsze, diamentowe wióry o ostrych krawędziach w ściernicy zarysowują małe cząsteczki węgla. Z drugiej strony tlen powietrza może atakować atomy węgla nowej warstwy, ponieważ ich wiązania z sąsiadami są znacznie słabsze niż wcześniej w sieci krystalicznej. W rezultacie, że tak powiem, atomy węgla znikają z ciała stałego, ponieważ powstaje gazowy dwutlenek węgla.

Model może również wyjaśnić różnicę w wynikach polerowania po różnych stronach kamienia: miękka warstwa nie zawsze tworzy tę samą prędkość wszędzie. Tam, gdzie formuje się szybko, diament jest łatwy do szlifowania, a gdy formuje się tylko z wahaniem, obróbka jest raczej trudna. Decydującym czynnikiem jest sposób, w jaki różne poziomy kryształu diamentu są zorientowane na ściernicę. Stąd różnica w tym, czy płaszczyzny kryształów są prostopadłe do powierzchni szlifowania, czy też dysk raczej skośnie styka się z powierzchnią kryształu, odkryli naukowcy.

Wyniki są nie tylko kamieniem milowym w badaniach nad diamentami, mówi Peter Gumbsch, dyrektor Instytutu Mechaniki Materiałów Fraunhofera: Pokazują również, w jaki sposób można precyzyjnie opisać procesy tarcia i zużycia za pomocą nowoczesnych metod. Podkreśla, że ​​pytanie, w jaki sposób można przetwarzać diamenty, jest tylko jednym z niezliczonych pytań dotyczących inżynierii materiałowej. pokaz

Michael Moseler (Fraunhofer Institute for Materials Mechanics in Freiburg) i wsp.: Nature Materials, doi: 10.1038 / nmat2902 dapd / science.de? Peggy Freede

© science.de

Zalecane Wybór Redakcji