Diamante naturale o MCD? Scegliere il diamante monocristallino per gli utensili

Perché il diamante monocristallino taglia a specchio

Un diamante monocristallino è un unico reticolo cristallino continuo, senza bordi di grano e senza legante. Per questo il suo tagliente si può lucidare molto più affilato e liscio di quello di qualsiasi utensile fatto di grani. Il tagliente si copia sul pezzo, quindi un tagliente perfetto lascia una superficie a specchio direttamente dalla macchina, senza fase di lucidatura.

Il diamante è anche il materiale più duro conosciuto e smaltisce il calore più velocemente di qualsiasi metallo. Il tagliente resta affilato e freddo ad alte velocità di taglio, anche su metalli teneri e pastosi che si strappano con gli utensili comuni. Ecco perché gli utensili monocristallini sono lo standard per la finitura ad alta lucentezza di alluminio, ottone, rame, metalli preziosi e materie plastiche ottiche.

Diamante naturale e MCD

Diamante naturale e MCD sono entrambi monocristalli, quindi entrambi tagliano a specchio. Si differenziano per il modo in cui nascono, per la costanza e per il costo.

Diamante naturale (ND)

Il diamante naturale si è formato nelle profondità della Terra. Per gli utensili, le pietre grezze vengono selezionate una per una per purezza, tensioni interne e forma, poi orientate e lucidate fino a diventare la punta dell’utensile. La maggior parte dei diamanti naturali contiene azoto in forma aggregata (tipo Ia), e non esistono due pietre identiche.

• Punti di forza: una pietra ben selezionata dà un tagliente estremamente fine e durevole. È la scelta tradizionale per le finiture ottiche e decorative più fini.
• Limiti: prezzo più alto, dimensioni delle pietre limitate e variazioni naturali da una pietra all’altra, per cui la selezione è decisiva.
• Usi tipici: ottica di ultraprecisione, lenti a contatto, finitura in orologeria e gioielleria, utensili a raggio piccolo e a V.

MCD: monocristallo sintetico HPHT

L’MCD (diamante monocristallino) si fa crescere in una pressa che ricrea le condizioni delle profondità terrestri. Il carbonio si scioglie in ferro, nichel o cobalto fusi a 1.300–1.600 °C e circa 6 GPa (circa 60.000 volte la pressione atmosferica), poi cristallizza su un seme di diamante nell’arco di giorni o settimane. L’azoto distribuito nel cristallo come atomi isolati dà all’MCD il suo colore giallo (tipo Ib).

• Punti di forza: qualità costante da una placchetta all’altra, durata prevedibile e forme regolari che rendono ripetibile la geometria dell’utensile. Di solito costa meno delle pietre naturali selezionate.
• Limiti: come ogni monocristallo, può scheggiarsi con urti o vibrazioni.
• Usi tipici: tornitura e fresatura ad alta lucentezza di alluminio, ottone e rame; frese per smussi e utensili per incisione; bordi di acrilico e policarbonato; la maggior parte delle finiture in produzione.

Diamante CVD, su richiesta

Il diamante CVD cresce da un gas in una camera a vuoto. Il CVD monocristallino può tagliare a specchio in modo molto simile all’MCD, e forniamo utensili CVD su richiesta.

Monocristallo o PCD

Il PCD (diamante policristallino) è fatto di molti piccoli grani di diamante sinterizzati con un legante metallico, di solito cobalto, su una base in metallo duro. I grani sono orientati in direzioni casuali, quindi il PCD è tenace e resiste alle scheggiature. Per questo è la scelta giusta per la sgrossatura e per i materiali abrasivi come l’alluminio ad alto tenore di silicio e i compositi in fibra. Ma un tagliente fatto di grani non si può lucidare affilato come un monocristallo, quindi il PCD non taglia una finitura a specchio ottica.

Spesso lavorano in squadra: il PCD asporta la maggior parte del materiale, poi un utensile monocristallino esegue il taglio finale a specchio. Le sfere in ottone per valvole lo mostrano bene: inserti PCD sgrossano la sfera, poi un utensile diamantato di finitura le dà la brillantezza finale. Bulunmaz Tools si concentra sulla finitura con il monocristallo.

Confronto in sintesi

Quale diamante per quale lavoro

Sono punti di partenza; la scelta finale dipende dal pezzo, dalla macchina e dai volumi.

Che cosa decide la qualità del tagliente

Due utensili con la stessa forma possono rendere in modo molto diverso. Fanno la differenza quattro cose:

• Orientamento del cristallo. Il diamante è più duro in alcune direzioni cristalline che in altre. Il costruttore orienta ogni pietra in modo che il tagliente lavori nella direzione più resistente all’usura, fattore decisivo per la durata dell’utensile.
• Raggio di punta e angolo incluso. Il raggio (per esempio R0,5 mm) o l’angolo della V (per esempio 60°) definisce la forma che l’utensile lascia sul pezzo. Raggi più piccoli e angoli più acuti raggiungono dettagli più fini ma sopportano meno carico.
• Angoli di spoglia superiore e inferiore. Una spoglia superiore positiva taglia più liberamente ma indebolisce il tagliente; una negativa è più robusta e si addice alle leghe più tenaci. La spoglia inferiore può essere conica, più affilata, o cilindrica, più rigida e capace di mantenere meglio il raggio dopo la rilappatura.
• Ondulazione del tagliente. È quanto un tagliente a raggio si discosta da un cerchio perfetto. In ottica e nelle lenti la forma del tagliente si stampa direttamente nella superficie, quindi questi utensili si producono con un’ondulazione controllata, tipicamente da 1 µm fino a 50 nm.

Che cosa può e non può tagliare il diamante monocristallino

Materiali adatti:

• Alluminio e leghe di alluminio
• Rame, ottone, bronzo e rame al berillio
• Leghe di oro, argento, platino e palladio
• Nichelatura chimica (nichel-fosforo) sugli stampi
• Acrilico (PMMA), policarbonato, nylon e altre materie plastiche
• Germanio, silicio e altri cristalli infrarossi

Non adatti:

• Acciaio, ghisa e altri metalli ferrosi. Alle temperature di taglio il carbonio del diamante reagisce con il ferro e il tagliente perde il filo dopo un breve taglio.
• Materiali molto abrasivi come l’alluminio ad alto tenore di silicio o i compositi in fibra. Usurano rapidamente un tagliente monocristallino; lì il PCD è la scelta migliore.
• Forti tagli interrotti o urti, che possono scheggiare qualsiasi tagliente monocristallino.