Абразивные материалы (Ервандян)

Абразивные материалы

Абразивные материалы (лат. abrasio – соскабливание) – мелкозернистые вещества высокой твердости, используемые для обработки поверхностей изделий 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:

1. шлифовочные;
2. полировочные. 

2. По природе связующего вещества:

1. керамические;
2. бакелитовые;
3. вулканитовые;
4. металлические;
5. пасты. 

3. По форме инструмента (материала): круги различных размеров (тарельчатые, чашечные, чечевичные фрезы, фасонные головки, грушевидные, конусовидные), наждачное полотно и бумага.

4. По происхождению:

1. естественного;
2. искусственного.

Абразивные материалы бывают естественные и искусственные. К естественным относятся корунд, наждак, кварц, кремень, пемза, гранат, 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.

Корунд – минерал, состоящий в основном из кристаллического оксида алюминия. С повышением содержания примеси оксида железа твердость корунда уменьшается, следовательно, снижается его режущая способность. Применяется он для изготовления шлифовальных порошков и камней.

Наждак – горная порода, состоящая из смеси зерен корунда с магнезитом и другими минералами (гемотит, пирит, кварц). В стоматологии для шлифовки протезов используется наждачная бумага.

Кварц представляет собой кремнезем в кристаллической форме; используется для изготовления кругов, предназначенных для заточки и правки инструмента.

Кремень состоит главным образом из кремнезема и представляет собой разновидность кварца. Применяется в измельченном виде для изготовления шлифовальных шкурок.

Пемза – пористая масса вулканического происхождения, состоящая в основном из кремнезема (68–73%) и глинозема или корунда (11 – 15%), щелочей (5–8%). Применяется для изготовления зачищающих брусков, особых шкурок.

Гранат состоит из алюмосиликатов извести, магнезии и других примесей. Гранаты применяются в абразивной (гранатовые шкурки, порошки и точильные круги) и строительной промышленности (добавки в цемент и керамические массы), иногда как заменитель сапфира и рубина в приборостроении, в электронике (как ферромагнетик).

Песчаник – связанные между собой зерна кварца. Используется для заточки инструментов.

Алмаз – наиболее твердый из встречающихся природных минералов, состоит из чистого углерода. Алмазы делятся на ювелирные и технические, которые по цвету, форме и структуре не пригодны для изготовления бриллиантов. Технические алмазы применяются для заточки твердосплавных инструментов, правки шлифовальных кругов и в виде шлифующих паст для обработки оптических стекол.

Славутич – новый сверхтвердый материал, разработан Институтом сверхтвёрдых материалов НАН Украины, уступает природным алмазам по износостойкости, но превосходит их по прочности. Его преимущество перед алмазом заключается в том, что из него можно изготовить режущие инструменты любых форм и размеров.

Лонсдейлит или алмаз гексагональный - одна из аллотропных модификаций углерода. Открыт в 1966 или ранее, первая публикация 1967. Является одним из самых твёрдых из известных веществ, на 58% превосходящем по твёрдости алмаз, однако уступает Фуллериту.

Фуллери́т - это молекулярный кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы фуллерена. Фуллерит является самым твердым веществом, известным науке, он примерно в 2 раза твёрже алмаза. Впервые фуллерены были найдены в местах падения метеорита в Сандбери (провинция Онтарио, Канада) и астероида Альенде в Мексике около 30 лет назад. Возраст последнего насчитывает 4,6 млрд лет.

Эльбо́р, боразо́н (от бор + азот), кубони́т, кингсонгит — кубическая β-модификация нитрида бора. Является самым твёрдым из искусственных материалов, по твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу (твёрдость 80-90 ГПа). Относится к структурному типу сфалерита.

Электрокорунд получают в электропечах методом восстановительной плавки из боксита в смеси с коксом. Твердость искусственного оксида корунда с увеличением содержания оксида алюминия повышается. Применяется он для обработки углеродистых и легированных сталей, бронзы, ковкого чугуна, отделочных и профильных шлифовальных работ. Конечный продукт содержит 94–97% оксида алюминия, примеси железа, титана, кремния.

Карбид кремния получают восстановлением кремниевой кислоты углеродом в специальных электропечах (твёрдость 31-34 ГПа). Используется для обработки хрупких и вязких материалов.

Карбид вольфрама - химическое соединение углерода и вольфрама с формулой WC. Представляет собой фазу внедрения, которая содержит 6,1% С (по массе) и не имеет области гомогенности. Имеет высокую твёрдость (9 по шкале Мооса, 22ГПа), износостойкость и коррозионную стойкость.

Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез. Марка твёрдого сплава, известная как «победит», на 90% состоит из карбида вольфрама.

Карбид бора является вторым по твёрдости искусственным абразивных материалов (твёрдость 49,1 ГПа). Применяется в виде пасты вместо алмазной пыли при шлифовке очень твердых материалов.

Для тонкого шлифования, полировки, притирки, отделки используются порошки, микропорошки и пасты, являющиеся абразивно-доводочными материалами.

Окись железа – красный железняк (гематит) является естественной формой окиси железа. Это серо-стальной камень, который используется для ручного полирования.

Красная политура (крокус) изготавливается большей частью из размолотого и промытого красного железняка или путем искусственного окисления железных опилок. Чем темнее красная краска, тем тверже ее полирующие свойства.

Окись олова – серый порошок, который образуется при сжигании олова. Из-за небольшой твердости и мелкозернистого строения применяется в качестве утонченного полировального средства для изящных изделий.

Окись хрома Сг₂O₃. Представляет собой зеленый порошок кристаллического строения. Кристаллы в виде многогранников имеют большую прочность и твердость. Применяется в полировочных пастах (паста ГОИ), используемых для полировки твердых сплавов (нержавеющая сталь, кобальтохромовые сплавы).

Окись цинка по виду и применению соответствует двуокиси олова, получается путем сжигания металла на воздухе.

Окись магния (магнезия) – белый хлопьевидный порошок. Магнезия относится к очень мягкому полировочному средству. Вместе с оксидом алюминия, венской известью и другими добавками она образует белую политуру.

Углекислый кальций (известь) получают из натурального мела. Венская известь (жженая известь) изготовляется из минерала доломита. Причем кальций и магний из карбонатов переводятся в окисные соединения. Поскольку венская известь неустойчива на воздухе, она должна храниться в закрытых сосудах.

Сланец (шифер) является незаменимым естественным средством для тонкого шлифования.

Шлифовальные угли могут быть отнесены к шлифовальным камням по применению. При работе с ними нужно использовать большое количество воды. Они применяются при окончательной обработке металла.

Инструментами для полировки также служат эластичные круги, щетки, полировники. Назначение инструментов зависит от материала, из которого он сделан, и его формы.

Фетровые круги (фильцы) применяются для первоначального полирования гладких, ровных и выпуклых поверхностей. Волосяные круги (дисковые щетки) служат для полирования изделий сложной конструкции с ажурной и рельефной поверхностью.

Матерчатые круги используются для окончательного полирования (наведения блеска). В качестве материала могут быть использованы бязь, миткаль, полотно, фланель. Нитяные круги (пушок) применяются, как и матерчатые, для наведения глянца на поверхности изделия.

Все перечисленные круги используются как станочный инструмент. На поверхность каждого вращающегося круга наносятся полировочные (абразивные) пасты. Они содержат тонкие абразивные порошки, жировые связки (стеарин, парафин, воск), специальные добавки (двууглекислая сода, олеиновая кислота).

Наиболее часто применяются пасты ГОИ (Государственный оптический институт). В состав полировочной пасты

ГОИ входят 8 частей окиси хрома, 2 части силикагеля, 10 частей стеарина, 5 частей растопленного жира, 2 части керосина. Для полировки пластмасс применяется мел в виде водной кашицы или смеси с вазелином. Пасты на основе окиси железа и хрома получаются путем смешивания их со стеарином, парафином, воском, вазелином, салом.

В процессе шлифования существенное значение имеет скорость движения абразива: чем медленнее движется абразив, тем большую стружку снимает зерно абразива и тем большее разрушающее усилие она испытывает. При быстром движении абразив снимает меньшую стружку и меньше изнашивается. Поэтому выбирается оптимальная скорость движения абразива (25–30 м/с). Это достигается абразивным кругом большого диаметра на зуботехнических станках, дающих до 3000 об./мин.

Абразивы должны придавливаться к обрабатываемой поверхности. В полости рта нельзя применять большое давление, так как это может привести к поломке инструмента, травмированию окружающих зуб тканей, перегреванию приводящем к ожогу.

Процесс шлифования сопровождается возникновением на обрабатываемой поверхности огромного числа высокотемпературных очагов. Источниками теплоты являются работа деформирования материала и работа внешнего трения абразивных зерен о поверхность металла. При резании и царапании абразивными зернами поверхностного слоя металла мгновенно повышается температура на поверхности обрабатываемого изделия, особенно на твердых металлах.

При шлифовании пластмассовых (изделий) базисов нужно также учитывать повышение температуры, которое приводит к размягчению и деформации. Поэтому при шлифовке следует охлаждать поверхность обрабатываемого протеза водой, ограничивать скорость абразивной операции во рту.

После шлифования протезов следует полирование. При полировке снимается очень тонкий слой материала. Она проводится при помощи кругов или круглых щеток, покрытых полировочными пастами. Линейная скорость при полировании должна быть выше, чем при шлифовании.