أداة ماسية

يمكن استخدام الماس لصنع أدوات الطحن، والتي تتميز بالمزايا التالية:

• كفاءة طحن عالية، وقوة طحن منخفضة : ستنخفض الحرارة المتولدة من الثقب أثناء عملية الطحن. وهذا بدوره يقلل أو يمنع حدوث الحروق والتشققات على سطح قطعة العمل، ويقلل من تآكل المعدات واستهلاك الطاقة.
• مقاومة عالية للتآكل : تتميز أدوات الطحن الماسية بتغير طفيف في الأبعاد، مما يؤدي إلى جودة طحن عالية ودقة فائقة.
• عمر طويل، فترة ارتداء طويلة : يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة كفاءة العمل بشكل كبير، وتحسين بيئة عمل العمال وتقليل كثافة العمل للمنتج.
• انخفاض التكلفة الشاملة : تكلفة معالجة كل قطعة عمل أقل.

يمكن تصنيف أدوات الماس وفقًا لطرق تصنيعها أو أنواع الروابط المستخدمة فيها، وذلك على النحو التالي:

• أدوات الماس المُرتبطة بالمعدن : تتكون مادة الربط في هذه الأدوات من معدن مُلبّد يحتوي على حبيبات الماس. أما الأجزاء الوظيفية للأداة فهي عادةً قطع من الماس . تشمل هذه الأدوات شفرات منشار الماس المُرتبطة بالمعدن ، وعجلات تجليخ الماس ، وريش حفر الماس ، وغيرها. بالنسبة لأدوات الماس المُرتبطة بالمعدن، يُعدّ نوع الرابط أحد العوامل الرئيسية عند اختيار الأداة المناسبة لقطع أو تجليخ مادة معينة، وذلك بناءً على صلابة المادة أو مدى كشطها. يُحدد نوع الرابط المستخدم معدل تآكل المساحيق المعدنية وكشف بلورات الماس الجديدة على السطح، مما يُحافظ على سطح قطع كاشط. يُمكن الحصول على قوى ربط مختلفة من خلال مزيج السبائك المُختارة من المساحيق المعدنية، وكمية الحرارة والضغط المُطبقة على القطعة المُلبّدة. تاريخيًا، كانت مادة الكوبالت هي المادة المرجعية، وذلك بفضل احتفاظها العالي بالماس، وسهولة معالجتها بالضغط الساخن، وإمكانية تعديل معدل التآكل عن طريق إضافة مساحيق البرونز ^{[ 2 ]} أو كربيد التنجستن. نظراً لارتفاع سعره وعدم استقراره، وللمخاوف البيئية، تم تطوير أنظمة بديلة تعتمد على سبائك أو مخاليط الحديد والنحاس، مع إضافات معدنية وغير معدنية أخرى. ^{[ 3 ]}
• أدوات الماس المُلصقة بالراتنج : تتكون مادة الربط في هذه الأدوات بشكل أساسي من مسحوق الراتنج. ومن الأمثلة على هذا النوع من الأدوات وسادات تلميع الماس المُلصقة بالراتنج المستخدمة في قطاع البناء.
• أدوات الماس المطلية : تُصنع هذه الأدوات بتثبيت الماس على قاعدة الأداة باستخدام طريقة الطلاء الكهربائي أو طريقة الترسيب الكيميائي للبخار (CVD). وعادةً ما يمكن تصنيعها بدقة معالجة عالية.
• أدوات الماس المُرتبطة بالسيراميك : عادةً ما تكون مادة الربط لهذه الأدوات من الزجاج ومسحوق السيراميك. تتميز هذه الأدوات عادةً بثبات كيميائي جيد، وتشوه مرن منخفض، ولكنها هشة للغاية، وما إلى ذلك.
• الماس متعدد البلورات (PCD) : يُصنع عادةً عن طريق تلبيد العديد من بلورات الماس المفردة متناهية الصغر تحت درجة حرارة وضغط مرتفعين. يتميز الماس متعدد البلورات بصلابة جيدة ضد الكسر وثبات حراري ممتاز، ويُستخدم في صناعة رؤوس الحفر الجيولوجية.
• مركبات أو أقراص الماس متعددة البلورات (PDC) : تُصنع هذه الأقراص بدمج عدة طبقات من الماس متعدد البلورات (PCD) مع طبقة من بطانة كربيد التنجستن تحت درجات حرارة وضغط مرتفعين. تتميز مركبات الماس متعددة البلورات بمزايا مقاومة التآكل العالية للماس مع متانة الكربيد الجيدة.
• أدوات الماس الملحومة بدرجة حرارة عالية : تُصنع هذه الأداة عن طريق لحام طبقة واحدة من الماس عليها باستخدام مادة لحام عند درجة حرارة تزيد عن 900  درجة مئوية، وذلك باستخدام اللحام الفراغي أو اللحام المحمي بالهواء. تتميز هذه الأداة بعدة مزايا: حيث يثبت اللحام الماس بإحكام شديد، ويمكن أن يصل ارتفاع طبقة الماس المكشوفة إلى 70-80% من حجمها الأصلي، كما يمكن ترتيب الماس بشكل منتظم على الأداة.

إذا تم تصنيفها حسب الاستخدام، فهناك أدوات طحن الماس، وأدوات قطع الماس (مثل رؤوس المثقاب الملتوية المطلية بالماس)، وأدوات حفر الماس، وأدوات نشر الماس (مثل شفرات منشار الماس )، وقوالب سحب الماس، وما إلى ذلك.

تُعد أدوات الماس مناسبة لمعالجة المواد التالية:

• سبيكة الكربيد
• المواد الصلبة أو الكاشطة غير المعدنية، على سبيل المثال، الحجر والخرسانة والأسفلت والزجاج والسيراميك والأحجار الكريمة ومواد أشباه الموصلات.
• المعادن غير الحديدية مثل الألومنيوم والنحاس وسبائكهما، وبعض المواد اللينة ولكن الصلبة مثل المطاط والراتنج.

نظرًا لتفاعل الماس مع الحديد والكوبالت والنيكل والكروم والفاناديوم تحت درجات الحرارة العالية الناتجة عن عمليات الطحن، فإن أدوات الماس عادةً ما تكون غير مناسبة لمعالجة الفولاذ، بما في ذلك الفولاذ العادي وأنواع الفولاذ السبائكي المتينة المختلفة، بينما تُعد أداة نتريد البورون المكعب (CBN) فائقة الصلابة مناسبةً لمعالجة الفولاذ. كما يمكن استخدام الأدوات المصنوعة من مواد كاشطة شائعة (مثل الكوروندوم وكربيد السيليكون) لهذا الغرض.

تُستخدم أدوات الماس في المجالات التالية:

• الاستكشاف الجيولوجي أو استكشاف المشاريع : تُستخدم رؤوس الحفر الماسية الجيولوجية، ورؤوس الحفر الماسية المخصصة للنفط، ورؤوس الحفر الماسية ذات الجدران الرقيقة بشكل شائع. ويتمثل التطبيق الرئيسي لرؤوس الحفر الماسية متعددة البلورات (PCD) في صناعات النفط والغاز الطبيعي والتعدين.
• معالجة الأحجار : تُستخدم شفرات المناشير الدائرية الماسية، والمناشير المتعددة الماسية، والمناشير الشريطية الماسية لقطع الرخام والجرانيت وأنواع أخرى من الكتل الحجرية. وتُستخدم المناشير السلكية الماسية في محاجر الأحجار لاستخراج الكتل الحجرية الخام. وتُستخدم الأدوات الماسية المُشكّلة لتشكيل الحجر إلى شكل معين. وتُستخدم وسادات التلميع الماسية المُرتبطة بالراتنج لتلميع الحجر.
• البناء : غالبًا ما تُستخدم شفرات المنشار الماسية متوسطة أو صغيرة الحجم، وريش حفر الماس، وبعض أدوات الطحن أو التلميع الماسية في إصلاح الطرق، وإعادة تصميم المباني، ومعالجة مواد البناء.
• النجارة : تُستخدم الأرضيات المركبة على نطاق واسع. وهي مقاومة للتآكل كالحجر. وتُستخدم في تصنيعها شفرات منشار دائرية من الماس متعدد الكريستالات، وقواطع تشكيل، وريش حفر لولبية، وأدوات ماسية أخرى.
• معالجة قطع غيار السيارات : تُستخدم أدوات القطع المصنوعة من PCD و PCBN لتلبية متطلبات المعالجة عالية الكفاءة ومنخفضة الانحراف في هذا المجال.
• معالجة منتجات تكنولوجيا المعلومات والأجهزة المنزلية : تُستخدم عجلات القطع الماسية فائقة الرقة وعالية الدقة لقطع شرائح السيليكون. وتُستخدم عجلات الطحن الماسية المُرتبطة بالراتنج لمعالجة السيراميك في صناعة الألياف البصرية.
• معالجة السيراميك الهندسي : يُستخدم السيراميك الهندسي على نطاق واسع في العديد من الصناعات، ويتميز بخصائص عالية من حيث المتانة والصلابة ومقاومة درجات الحرارة العالية. وقد طُوّرت عجلات تجليخ ماسية عالية المتانة والصلابة لمعالجته.
• أدوات الكربيد وغيرها من أدوات المعالجة الميكانيكية : تُستخدم أدوات الماس للحصول على دقة وكفاءة معالجة عالية.

إلى جانب ما هو مذكور أعلاه، هناك أيضًا مجالات أخرى يتم فيها تطبيق أدوات الماس، على سبيل المثال، في الطب، حيث اخترع العالم الفنزويلي همبرتو فرنانديز موران سكين الماس لاستخدامه في العمليات الجراحية الدقيقة في عام 1955.

إلى جانب استخدامه كمادة كاشطة نظرًا لصلابته العالية، يُستخدم الماس أيضًا في صناعة منتجات أخرى لما يتمتع به من خصائص مميزة، مثل التوصيل الحراري العالي، ومعامل الاحتكاك المنخفض، والثبات الكيميائي العالي، والمقاومة الكهربائية العالية، والأداء البصري المتميز. تشمل هذه التطبيقات طلاء المحامل والأقراص المدمجة، والعمل كعدسات ومقاومات حرارية، وصناعة مفاتيح ومستشعرات الجهد العالي، وغيرها.

تتكون أدوات تسوية الماس من أدوات أحادية أو متعددة النقاط ملحومة بساق فولاذية، وتُستخدم لتسوية وتشكيل عجلات التجليخ. تتوفر هذه الأدوات بأنواع عديدة، منها: المشبعة بحبيبات الماس، والشفرات، والتاج، والقرص. وتتمثل مزايا الأدوات متعددة النقاط مقارنةً بالأدوات أحادية النقطة فيما يلي:

1. يمكن استخدام الماسة بأكملها؛ في أداة ذات نقطة واحدة، عندما تصبح النقطة غير حادة، يجب إعادة ضبط الماسة، وبعد بضع عمليات إعادة ضبط يتم استبدال الماسة.
2. تتميز الأدوات متعددة النقاط بدقة أعلى، خاصة في عمليات التجليخ الشكلي ، حيث تُستخدم أنواع مختلفة من الشفرات. تتكون هذه الشفرات من ماسات مستطيلة. يتم التحكم في سمكها، وتتوفر بسماكات تتراوح من 0.75 إلى 1.40 مليمتر (0.030 إلى 0.055 بوصة) . 
3. أدوات الصنفرة من النوع الخشن هي من الدرجة الصلبة، ويمكن استخدامها مع آلات التجليخ المكتبية.
4. نظراً لاستخدام رؤوس صغيرة، فإن الماس له حافة قطع ذات رؤوس طبيعية، على عكس الأدوات ذات الرأس الواحد، والتي لها رؤوس خشنة.
5. تكون تكلفة الأدوات متعددة النقاط أقل، نظراً لاستخدام الماسات الأصغر حجماً والأقل تكلفة.

يتم تشكيل الماس متعدد البلورات (PCD) في مكبس كبير عالي الحرارة والضغط (HT-HP)، إما على شكل رقاقة ماسية على دعامة من الكربيد، أو عن طريق تشكيل "عرق" من الماس داخل رقاقة أو قضيب من الكربيد.

تُصقل معظم الرقائق حتى تصبح لامعة كالمرآة، ثم تُقطع باستخدام آلة القطع بالتفريغ الكهربائي (EDM) إلى أجزاء أصغر قابلة للتشكيل، تُلحم بعد ذلك على شفرة المنشار أو المثقاب أو أداة أخرى. وفي كثير من الأحيان، تُعاد معالجتها بالتفريغ الكهربائي و/أو تُصقل مرة أخرى لإظهار عرق الماس على طول حافة القطع. تُستخدم هذه الأدوات في الغالب لتصنيع المواد غير المعدنية وغير الحديدية.

تُدمج عملية التجليخ مع عملية التفريغ الكهربائي لعدة أسباب. فعلى سبيل المثال، وفقًا لمجلة "مودرن ماشين شوب"، يتيح هذا الدمج معدل إزالة مواد أعلى ، وبالتالي يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة. كما أن عملية التفريغ الكهربائي تؤثر بشكل طفيف على نعومة السطح. ويُستخدم التجليخ على المنطقة المتأثرة للحصول على سطح نهائي أكثر دقة. ويعزو معهد بكين للتشغيل الكهربائي دقة التشكيل وجمال هندسة السطح إلى دمج العمليتين في عملية واحدة.

تُنجز هذه العملية بدمج عنصري كل عملية على حدة في عجلة تجليخ واحدة. تقوم عجلة الجرافيت الماسية بعملية التجليخ، بينما تعمل حلقة الجرافيت المحيطة بالعجلة كجزء من عملية التفريغ الكهربائي. ونظرًا لأن الماس ليس مادة موصلة للكهرباء، يجب أن تكون قوة الترابط في قطعة العمل المصنوعة من الماس متعدد البلورات كافية لتوفير التوصيلية اللازمة لعملية التجليخ الكهربائي.

تُستخدم أدوات الماس متعددة البلورات على نطاق واسع في صناعات السيارات والطيران. وهي مثالية لعمليات التشغيل السريع (9000 قدم سطحي في الدقيقة أو أكثر) في سبائك الألومنيوم الصلبة والكاشطة، وفي عمليات الاحتكاك العالي مثل حفر ألياف الكربون والسيراميك. تضمن حواف القطع الماسية عمرًا طويلًا لهذه الأدوات قبل الحاجة إلى استبدالها. تُعد عمليات الإنتاج بكميات كبيرة، والتفاوتات الدقيقة، والعمليات الكاشطة للغاية، مثالية لأدوات الماس.

في أواخر سبعينيات القرن الماضي، كانت شركة جنرال إلكتريك رائدة في تقنية أقراص الماس متعددة البلورات (PDCs) كبديل للماس الطبيعي في رؤوس الحفر . ^{[ 4 ]} وقد تم استخدام أقراص الماس متعددة البلورات لقطع أسطح الصخور البلورية لفترات طويلة في بيئات المختبر، وتم تطبيق هذه القدرات الآن في بيئات قاسية في جميع أنحاء العالم.

اعتبارًا من أغسطس 2000، زعمت وزارة الطاقة الأمريكية أن ما يقرب من ثلث إجمالي طول الحفر في جميع أنحاء العالم يتم باستخدام رؤوس حفر PDC، مع توفير مزعوم يصل إلى حوالي 100,000 دولار لكل رأس حفر PDC مقارنة برؤوس الحفر ذات النواة الدوارة. ^{[ 5 ]}

تُستخدم معاجين الماس لتلميع المواد التي تتطلب سطحًا لامعًا كالمرآة. وهي شائعة الاستخدام في العينات المعدنية، وقوالب الكربيد، وأختام الكربيد، وصناعة زجاج النظارات، ولتلميع الماس. يُستخدم معجون الماس بشكل أساسي في التطبيقات الصناعية لتلميع وشحذ الشفرات المعدنية والأسطح المعدنية الأخرى. ولا يقتصر دور المعجون على تلميع الشفرة المعدنية فحسب، بل يُستخدم أيضًا لشحذ حافة القطع.

يُستخدم مسحوق الماس المترسب من خلال الطلاء الكهربائي في صنع المبارد (بما في ذلك مبارد الأظافر) وفي تطبيقات الطحن الصغيرة.

تستخدم عملية الخراطة الماسية أحادية النقطة (SPDT) ماسة صلبة خالية من العيوب كحافة قاطعة. يمكن أن تكون الماسة أحادية البلورة طبيعية أو صناعية، ويتم شحذها إلى الأبعاد المطلوبة عن طريق الطحن والتلميع الميكانيكي . تتميز حافة القطع لمعظم أدوات الماس بحدة تصل إلى عشرات النانومترات، مما يجعلها فعالة للغاية في قطع المواد غير الحديدية بدقة عالية. تُعد عملية SPDT عملية تصنيع دقيقة للغاية، تُستخدم لإنتاج بصريات غير كروية وغير منتظمة الشكل دون الحاجة إلى مزيد من التلميع بعد الانتهاء. كانت آلة LODTM، التي كانت سابقًا في مختبر لورانس ليفرمور الوطني ، أدق آلة تصنيع في العالم، حيث بلغت دقة تصميمها 28 نانومترًا، بينما تسعى معظم الآلات إلى تحقيق خشونة ضمن هذا النطاق. ^{[ 6 ]} 

تُستخدم تقنية SPDT في مجال البصريات، وللأسطح المستوية حيث تكون هناك حاجة إلى كل من تشطيب السطح ودقة الأبعاد العالية بشكل غير عادي، وعندما يكون التلميع غير اقتصادي أو غير عملي.

للمناشير التي تعمل بالغاز عالية السرعة، والمناشير التي تُدار باليد، والمطاحن اليدوية، ومناشير الجسور، ومناشير الطاولات، ومناشير البلاط، وأنواع أخرى من المناشير.

نصل مقعر

لقص المنحنيات في أسطح العمل لتركيب الأحواض أو نحت التماثيل.

مؤشرات تاك

شفرات ماسية سميكة لأعمال الترميم، والتي تتضمن طحن واستبدال الملاط.

مطاردو الكراك

شفرات ماسية سميكة على شكل حرف V لإصلاح الشقوق في الخرسانة.

تُستخدم عادةً في المطاحن اليدوية لطحن الخرسانة أو الحجر.

أنبوب فولاذي مجوف مزود بأجزاء ذات رؤوس ماسية لحفر الثقوب عبر الجدران الخرسانية في صناعة البناء، أو بلاط البورسلين أو أسطح العمل الجرانيتية في الصناعة المنزلية، أو يستخدم أيضًا لاستخراج عينات اللب في صناعة التعدين.

يستخدم في أدوات الآلات لتصنيع السيراميك والألومنيوم عالي السرعة.

تُستخدم في مراكز الخراطة للبصريات والأسطح الدقيقة.

وسادات مزودة ببلورات ماسية لتلميع الرخام والأحجار الكريمة الأخرى.

سلك مرصع ببلورات الماس للقطع.

من مميزات قطع الأسلاك الماسية: عدم إحداث طرق، وانعدام الدخان، والهدوء التام، وسطح قطع أملس ، وعمق قطع غير محدود ، وإمكانية القطع الأفقي والرأسي والمائل للفتحات الدائرية حتى قطر 2500 مم، وخاصية القطع الغاطس التي تسمح بتشكيل الفتحات العمياء والمُخفّضة، والتشغيل عن بُعد لزيادة الأمان.

لقطع الحجر والخرسانة والطوب باستخدام منشار كهربائي خاص .