Diamante, il nostro abrasivo

La parola Diamante deriva dal greco Adàmas, che significa “indomabile, invincibile”; infatti il Diamante è il minerale più duro che si conosca, e per gli antichi non vi era nessun altro materiale che riuscisse ad intaccarlo o a lavorarlo. In seguito poi i romani diedero il nome latino Adamàs all’ acciaio, il metallo più duro conosciuto allora; è una curiosa coincidenza come queste due parole si sarebbero incontrate da vicino duemila anni dopo.

 

diamante

a sinistra diamante sintetico – a destra CBN

 

L’estrema durezza del Diamante è data dalla sua struttura cristallina cubica, molto compatta perché costituita unicamente da piccoli atomi di Carbonio disposti in forma tetraedrica, che creano forti legami con tutti gli atomi adiacenti. Questa forma cristallina si ottiene in natura partendo da carbone sottoposto ad altissima pressione e temperatura a grande profondità sotto il suolo, che poi emerge verso la superficie tramite condotti vulcanici; per questo motivo le miniere di Diamante sono tipicamente a forma di camino.

L’uomo ha cercato per più di un secolo di riprodurre queste condizioni estreme per poter creare diamanti sintetici, fino a quando nel 1941 General Electric inaugura il Diamond Project: l’idea è di sottoporre della Grafite (l’altra forma cristallina del Carbonio a struttura esagonale) a temperature di 2-3000°C e a pressioni di 50-100.000bar, utilizzando dei catalizzatori di Nickel, Ferro e Cobalto. GE sintetizza in questo modo i primi Diamanti industriali nel febbraio 1955 e li rende disponibili sul mercato a partire dal 1958.

Curiosamente, fra le forme cristalline del Carbonio la Grafite è più stabile del Diamante, dunque la celeberrima frase “un Diamante è per sempre” non corrisponde a verità: tutti i Diamanti, fra milioni di anni, diventeranno grafite.
Il Diamante viene utilizzato con successo per la rettifica di metalli duri fin dagli anni ’50, ma ha un grande limite: non può lavorare acciai e ghise, dato che il Ferro reagisce col Carbonio compromettendo la stabilità dei cristalli. È per questo che una mola diamantata su di un pezzo di acciaio “rifiuta” la lavorazione. Gli acciai e le ghise dure continuano ad essere lavorati con grande difficoltà con abrasivi tradizionali (Corindone e Carburo di Silicio), fino a quando negli anni ’70 viene sintetizzato ancora da General Electric il CBN, lanciato sul mercato col nome di Borazon.

Alla base dello sviluppo del CBN c’è la ricerca di una struttura cristallina compatta e con forti legami come quella del Diamante, ma senza Carbonio; per questo viene scelto come base il Nitruro di Boro, una molecola composta da Boro e Azoto, elementi adiacenti al Carbonio, uno più leggero e l’altro più pesante. La forma cristallina cubica del Nitruro di Boro è appunto il CBN (Cubic Boron Nitride), la cui durezza è circa la metà del Diamante, ma il doppio di Corindone e Carburo di Silicio; per questo motivo Diamante e CBN vengono denominati superabrasivi, per distinguerli dagli abrasivi tradizionali.

Negli anni ’70 vengono anche sviluppati il Diamante Policristallino (PCD) ed il CBN Policristallino (PCBN): la sintesi di questi prodotti è portata a valori di Temperatura e Pressione ancora più estremi, normalmente in camere di detonazione all’ interno di cave abbandonate, per ottenere la sinterizzazione di micrograni di Diamante o CBN composti da particelle microcristalline.

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