Conas a dhéantar Ábhair Diamond a Leagadh?

Conas a dhéantar Ábhair Diamond a Leagadh?

 

Arna rá mar an "ábhar leathsheoltóra deiridh," tá cruas gan sárú ag Diamond le haon substaint eile sa nádúr, mar aon le cobhsaíocht cheimiceach eisceachtúil. Cé go bhfágann na tréithe an-tóir orthu gur rogha ábhar é, cuireann siad dúshláin shuntasacha i láthair ag an am céanna le linn próiseála. Is dúshlán lárnach é le fada an lá i réimse an mheaisínithe ultra-bheachtais conas is féidir na hábhair "is deacra" seo a dhéanamh go héifeachtach agus go neamh-mhillteach. Faoi láthair, tá níos mó ná fiche teicnící snasta diamanta faoi thaighde gníomhach agus feidhmiú-lena n-áirítear snasú meicniúil, snasú meicniúil ceimiceach, agus snasú léasair. Cé go n-athraíonn na modheolaíochtaí, is féidir na meicníochtaí bunúsacha um bhaint ábhar a chatagóiriú i gcúig chineál bhunúsacha: micrea-bhriseadh, graifítiú, galúchán, sputtering, agus imoibriú ceimiceach.

Is é an meicníocht bainte is traidisiúnta agus is iomasach ná micreabhriseadh. Tá an próiseas seo cosúil le cloch amháin a bhualadh in aghaidh cloch eile; úsáideann sé cáithníní scríobacha diamanta-nó pillíní snasta ceirmeacha níos deacra fós-chun teagmháil a dhéanamh leis an dromchla diamanta, é a chomhbhrú agus a scríobadh faoi bhrú feidhmithe. Is leor na fórsaí lomadh meicniúla mar thoradh air sin chun bristeadh agus scoilteadh blúirí ábhair mhicreascópacha ón dromchla diamanta a spreagadh, rud a bhainfidh amach ábhar a bhaint. Faightear an cur i bhfeidhm is tábhachtaí den mheicníocht seo i dteicníochtaí rothlaithe meicniúla agus snasaithe-modhanna a léiríonn na cineálacha cur chuige is luaithe agus is forleithne i leith snasta. Mar sin féin, baineann costas leis an gcur chuige “crua-ar-chrua" seo: is minic a fhágann sé taobh thiar de scoilteanna micreascópacha agus ciseal damáiste faoin dromchla ar an diamant, rud a chuireann isteach ar cháilíocht an dromchla deiridh.

 

Baineann an dara meicníocht leas go fonnmhar as "sÚil Achilles" Diamond: graifítiú. Cé gur allatrópaí iad diamant agus graifít-atá comhdhéanta go hiomlán d’adaimh charbóin-tá an-difríocht idir a struchtúir adamhacha. I ndiamant, tá adaimh charbóin faoi cheangal ag naisc hibrideacha sp³ láidre, rud a chruthaíonn struchtúr dochta tríthoiseach laitíse a fhágfaidh an t-ábhar thar a bheith crua; os a choinne sin, úsáideann na hadaimh charbóin i graifít hibridiú sp² chun struchtúr cisealta a fhoirmiú ina bhfuil na fórsaí idirchiseal lag, rud a fhágann uigeacht bhog. Is díol spéise é go bhfuil an diamant doscriosta cosúil le bheith ann i "staid mheiteastáiteach", ach is ionann an graifít bhog agus an fíor "staid chobhsaí teirmidinimiciúil" carbóin. Tugann sé seo le tuiscint gur féidir le diamant, faoi choinníollacha sonracha, a bhacainn fuinnimh a shárú agus athrú go graifít. Mar shampla, in éagmais catalaíoch, déantar diamant a théamh go dtí thart ar 1500 céim chun tús a chur le hathrú ina graifít; áfach, le cúnamh catalaíoch ó mhiotail thrasdultacha-amhail iarann, cóbalt, nó nicil-is féidir an teocht claochlaithe seo a ísliú go mór go timpeall 700 céim . Déanann snasta teirmeacheimiceach an prionsabal seo a ghiaráil go beacht: trí úsáid a bhaint as teocht ard agus gníomh catalaíoch, "bogann" an dromchla diamanta isteach i gciseal graifít atá inbhainte go héasca, agus ar an mbealach sin baintear amach pleanrúchán an-éifeachtach.

 

Le dul chun cinn na dteicneolaíochtaí léasacha ardfhuinnimh, tá dhá mheicníocht bainte “ionsaitheach” níos mó fós aimsithe ag eolaithe: galúchán agus sputtering. Nuair a dhírítear léas léasair ard-déine ar dhromchla diamanta, gineann sé teochtaí an-ard ar an toirt laistigh d'achar íostach-ag teacht ar leáphointe an ábhair (thart ar 4000–4500 K) nó fiú a fhiuchphointe (thart ar 5100 K){{7} ag cur ar chumas an ábhair a leá nó a bhaint go díreach nó a bhaint amach tríd an ábhar a leá nó a bhaint go héifeachtúil. Taobh amuigh de na héifeachtaí teirmeacha seo, is féidir le léasair ultraivialait tonnfhad gearr úsáid a bhaint as éifeachtaí fóta-cheimiceacha chun na naisc cheimiceacha idir adaimh charbóin a ghlanadh go díreach, rud a chumasaíonn próiseáil "fuar" níos cruinne. Murab ionann agus vaporization, a bhraitheann ar éifeachtaí teirmeacha, is próiseas imbhuailte fisiceach é sputtering (ar a dtugtar eitseáil sputter freisin). Úsáideann sé léas cáithníní ardfhuinnimh-cosúil le léas ian-chun an dromchla diamanta a thuar; ag gníomhú dóibh cosúil le sruth tapa tine de “urchair mhóilíneacha” ardluais, aistríonn na cáithníní seo a móiminteam chun cur isteach ar na naisc chomhfhiúsacha idir adaimh charbóin, agus go héifeachtach “cnagadh” iad as an laitís criostail. Tá snasta bhíoma ian bunaithe ar an meicníocht seo; toisc gur féidir leis an cruinneas bainte an leibhéal adamhach a bhaint amach, táirgeann sé dromchlaí de chaighdeán an-ard, cé go bhfuil sé ar chostas an-íseal agus ar chostas ard.

Is é imoibriú ceimiceach an mheicníocht dheiridh agus an príomhphrionsabal faoi láthair chun dromchlaí ultra-réidh, saor ó dhamáiste a bhaint amach. Ní bhaineann sé seo leis an diamant a chur faoi réir aigéid nó bunanna láidre-a n-imoibríonn sé go faillíoch ag teocht an tseomra-ach go n-úsáideann sé imoibrithe redox chun na hadaimh charbóin ar an dromchla diamanta a ocsaídiú i dtáirgí gásacha (amhail aonocsaíd charbóin nó dé-ocsaíd charbóin) nó i gcomhdhúile inbhainte, agus mar sin baintear amach foirm "míne" d'ábhar a bhaint. I gcomhthéacs -snasta mheicniúil cheimiceach, ní próiseas scríobadh meicniúil amháin é baint ábhair, ach an t-idirghníomhú sineirgisteach idir imoibrithe ceimiceacha agus gníomh meicniúil. Gcéad dul síos, ocsaídíonn gníomhairí ocsaídiúcháin láidir laistigh den sreabhach snasta an dromchla diamanta, rud a chruthaíonn sraith tanaí ocsaíd. Ina dhiaidh sin, déanann gníomh scríobach meicniúil na gcáithníní snasta an ciseal ocsaíd seo a bhaint, ag nochtadh dromchla diamanta úr agus mar sin ligeann don imoibriú ceimiceach dul ar aghaidh go leanúnach. Tugann staidéir le fios gur féidir le frithchuimilt mheicniúil sraith nanascála de shaobhadh laitíse a chothú ar an dromchla diamanta, a chobhsaíocht cheimiceach a laghdú tuilleadh agus an t-imoibriú ceimiceach a luathú. Os a choinne sin, úsáidtear snasú plasma le cabhair ó adaimh ocsaigine nó hidrigine laistigh de phlasma chun imoibriú leis na hadaimh charbóin ar an dromchla diamanta, ag giniúint gáis so-ghalaithe agus ar an gcaoi sin déantar damáiste a bhaint as scála adamhach saor ó scála.

 

Ó mheilt mheicniúil ársa go próisis nua-aimseartha a bhaineann le hidirghníomhú sineirgisteacha de léasanna ardfhuinnimh agus éifeachtaí meicniúla ceimiceacha, tá na meicníochtaí bainte ábhar le haghaidh próiseála diamanta tar éis teacht chun cinn trí dhul chun cinn: ó bheith ag brath ar fhórsa fisiceach amháin, go fuinneamh teirmeach a úsáid go fonnmhar, agus ar deireadh imoibrithe ceimiceacha a rialú go beacht. Cibé an trí "dealú" fisiceach a dhéanamh ar mhicrea-bhriseadh, an "claochlú céime" a bhaint trí ghraifiú agus galúchán, nó trí "thiontú" a bhaint trí imoibrithe ceimiceacha, níl na cúig mheicníocht seo ann ina n-aonar. I bpróisis chasta, ilchodacha snasta, is minic a fheidhmíonn meicníochtaí iolracha le chéile-ag comhoibriú go sineirgistíoch chun an "Rí Ábhair seo" a dhealbhú agus a bheachtú go cúramach. Feidhmíonn tuiscint chuimsitheach ar na meicníochtaí micreascópacha seo mar bhunchloch theoiriciúil chun próiseáil éifeachtúil, bheacht agus íseal-damáiste a bhaint amach d’ábhair diamanta.