Способ обработки алмаза

Изобретение относится к области технологии обработки алмазов, а именно к способам придания им заданной геометрической формы. Техническим результатом является повышение производительности обработки алмаза за счет уменьшения времени съема материала и снижения вредного воздействия продуктов обработки на окружающую среду. Способ включает фиксацию алмаза в держателе, позволяющем задавать требуемое положение алмаза в пространстве, нагрев алмаза в защитном потоке инертного газа до температуры, при которой может происходить реакция углерода алмаза с кислородом, а удаление материала с заданного участка производят, подавая к этому участку дозированный объем кислорода. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области технологии обработки алмазов, а именно к методам придания им заданной геометрической формы.

Известен способ обработки алмазов, в котором обработку производят механическим взаимодействием двух алмазных заготовок или воздействием на алмазную заготовку алмазным обрабатывающим кругом [Ребрик Ю.Н., Корочкин С.С., Самсонов В.А., Бочаров A.M., Вицинский И.С. Патент РФ №2179509, B28D/5/00]. Недостатками способа являются низкая производительность обработки алмаза, а также образование алмазной пыли, которая может попадать в окружающее помещение и оказывать вредное воздействие на здоровье людей.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является термохимический способ обработки алмаза путем контактирования алмаза с инструментом, выполненным из материала, реагирующего с углеродом алмаза при температуре выше 600°С в атмосфере газа-реагента [Пальянов Ю.Н., Хохряков А.Ф., Борздов Ю.М., Чепуров А.И., Петрушин Е.И., Григораш Ю.М. Патент СССР №1828627, B28D/5/00]. Указанный термохимический способ обработки алмаза заключается в растворении углерода алмаза металлами переходной группы или сплавами этих металлов при температурах выше 600°С. Недостатками способа являются низкая скорость растворения углерода алмаза в материале обрабатывающего инструмента и, как следствие, низкая производительность процесса обработки, а также сложность устройства для обработки, в котором требуется нагревать алмаз в среде газа-реагента и обеспечивать его контакт с вращающимся диском из материала, растворяющего углерод.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности обработки алмаза и снижение вредного воздействия на окружающую среду.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки алмаза, включающем фиксацию алмаза в держателе, позволяющем задавать требуемое положение алмаза в пространстве, производят нагрев алмаза в защитном потоке инертного газа до температуры, при которой может происходить реакция углерода алмаза с кислородом, а удаление материала с заданного участка производят, подавая к этому участку дозированный объем кислорода. Температура, до которой нагревают алмаз, лежит в диапазоне 750-850°С. Направление подачи кислорода задают навстречу потоку инертного газа так, чтобы непрореагировавший кислород вместе с продуктами реакции кислорода с углеродом алмаза уносились потоком инертного газа в направлении от алмаза. Кислород подают к обрабатываемому участку поверхности алмаза через трубку с диаметром, значительно меньшим размера обрабатываемого кристалла, так что обработке подвергается только заданный участок поверхности алмаза, а остальная поверхность алмаза остается сохранной. Трубку подачи кислорода перемещают относительно поверхности алмаза с помощью координатного устройства перемещения. В качестве защитного газа может использоваться аргон.

На чертеже представлено устройство для реализации способа обработки. Поток защитного газа 1 протекает через трубку нагревателя 2. Нагреватель состоит также из нагревательного элемента 3, источника питания 4, термоизоляции 5. Кристалл алмаза 7 фиксируют в держателе 8. Кислород подают через трубку 6, продукты реакции вместе с непрореагировавшим кислородом уносятся из области обработки с потоком инертного газа 11. Температуру в области обработки контролируют термопарным термометром 9.

Для перемещений трубки подачи кислорода относительно кристалла алмаза служит координатное устройство 10.

Для осуществления обработки по предлагаемому способу исходный кристалл 7 фиксируют в держателе 8, который позволяет задавать его пространственное положение. Перемещая держатель 8, вводят кристалл 7 в реакционную зону, через которую осуществляется проток инертного газа. Нагревают кристалл до температуры 750-850°С за счет теплопередачи от инертного газа, протекающего через трубку нагревателя 2. К участку кристалла, с которого требуется удалить материал, подводят трубку подачи кислорода 6, изготовленную из нержавеющей стали, имеющую, например, наружный диаметр 0,6 мм и толщину стенки 0,14 мм. Внутренний диаметр такой трубки составляет 0,32 мм, такие трубки производятся для медицинской промышленности и являются доступными для приобретения. Через указанную трубку подают порцию кислорода из расчета N молей кислорода для съема N молей углерода с обрабатываемого участка за счет реакции C+O₂=CO₂. С помощью устройства визуального наблюдения (не показано) по изменению цвета кристалла контролируют протекание реакции, сопровождающейся выделением теплоты и дополнительным разогревом кристалла. После окончания реакции контролируют изменение формы кристалла, если оказался снят не весь объем материала, запланированный к удалению, подают дополнительную порцию кислорода, скорректированную на оставшийся объем материала. Поскольку используемая для обработки реакция С+O₂=СО₂ является реакцией горения, скорость съема материала определяется скоростью подачи кислорода. Задавая пространственное положение обрабатываемого кристалла 7 с помощью держателя 8 и подводя трубку подачи кислорода 6 с помощью координатного устройства 10 к требуемому участку кристалла, последовательно удаляют заданные части кристалла, придавая ему требуемую геометрическую форму. Пространственные размеры участка, удаляемого каждой порцией кислорода, определяются внутренним диаметром подводящей трубки и составляют, в случае приведенной трубки, около 0,3 мм, при этом остальные участки кристалла защищены атмосферой проточного инертного газа и остаются сохранными.

Пример.

В качестве защитного газа используют, например, аргон со скоростью подачи 5 л/мин. Берут для обработки исходный алмаз массой 200 мг (что составляет 1 карат). Для получения требуемой формы изделия требуется снять объем материала общей массой 85 мг или 7.1×10^-3 моль. Как следует из формулы реакции C+O₂=CO₂, для удаления 85 мг углерода требуется 7.1×10^-3 моль или 159 см³ кислорода. Размечают на исходном кристалле участки, предназначенные к удалению. Размеченный кристалл алмаза фиксируют в держателе и вводят в реакционную зону, через которую осуществляется проток аргона. Нагревают кристалл до температуры в интервале 750-850°С за счет теплопередачи от аргона, протекающего через трубку нагревателя 2. С помощью координатного устройства 10 подводят трубку подачи кислорода 6 к первому участку кристалла, намеченному для удаления, и подают первую порцию кислорода со скоростью подачи 1 л/мин.

С помощью устройства визуального наблюдения контролируют протекание реакции. После окончания реакции контролируют изменение формы кристалла, если оказался снят не весь объем материала, запланированный к удалению, подают дополнительную порцию кислорода, скорректированную на оставшийся объем материала. Затем поворотом алмаза в держателе 8 и перемещением координатного механизма 10 подводят трубку подачи кислорода 6 последовательно к следующим участкам и подают порции кислорода, рассчитанные на объем каждого участка. При скорости подачи кислорода 1000 см³/мин общее время подачи кислорода составляет 159 см³/100 см³=0,16 мин. С учетом времени, необходимого для перемещений координатного устройства и поворотов алмаза в держателе, общее время съема массы алмаза 85 мг составляет 5 минут.

Таким образом, при использовании изобретения повышается производительность обработки алмаза за счет уменьшения времени съема материала и снижается вредное воздействие продуктов обработки на окружающую среду.

1. Способ обработки алмаза, включающий фиксацию алмаза в держателе, позволяющем задавать требуемое положение алмаза в пространстве, отличающийся тем, что алмаз нагревают в защитном потоке инертного газа до температуры, при которой может происходить реакция углерода алмаза с кислородом, а удаление материала с заданного участка производят, подавая к этому участку дозированный объем кислорода.

2. Способ обработки алмаза по п.1, отличающийся тем, что алмаз нагревают до температуры в диапазоне 750-850°С.

3. Способ обработки алмаза по п.1, отличающийся тем, что направление подачи кислорода задают навстречу потоку инертного газа так, чтобы непрореагировавший кислород вместе с продуктами реакции кислорода с углеродом алмаза уносились потоком инертного газа в направлении от алмаза, при этом кислород подают к обрабатываемому участку поверхности алмаза через трубку с диаметром, значительно меньшим размера обрабатываемого кристалла, так что обработке подвергается только заданный участок поверхности алмаза, а остальная поверхность алмаза остается сохранной.

4. Способ обработки алмаза по п.3, отличающийся тем, что трубку подачи кислорода перемещают относительно поверхности алмаза с помощью координатного устройства перемещения.

5. Способ обработки алмаза по п.1, отличающийся тем, что в качестве защитного газа используют аргон.