Tweet

Duitsers ontrafelen het geheim van de diamant /reageer

Hoe kan het toch dat diamant te bewerken is, het hardste natuurlijke materiaal op aarde? En waarom doen we dat nu al zo’n 600 jaar op vrijwel dezelfde manier: met wat speciale gereedschappen en vooral met fingerspitzengefühl en een goed oor? De werking van het slijpmechanisme is nu op atomaire schaal uitgeplozen.

Diamantbewerking kan alleen plaatsvinden door de steen in een bepaalde hoek te snijden of te slijpen en dan ook nog alleen met diamant zelf. Om een diamant te slijpen gebruikt men een gietijzeren schijf bezaaid met fijne diamantjes en olie. De buitenrand van de schijf draait met dertig meter per seconde.

Voor een geoefende diamantair is het mogelijk te horen en voelen hoe hij de steen moet houden om te kunnen slijpen, want de steen is alleen maar slijpbaar in bepaalde richtingen.

Onderzoekers van het Fraunhofer Instituut in Duitsland hebben een wetenschappelijke verklaring gevonden voor deze al eeuwen empirisch bewezen anisotropie, namelijk: “Als een diamant geslepen wordt, is het slijpoppervlak niet langer diamant.”

Glasachtig koolstof

Door de hoge wrijvingssnelheid tussen een ruwe diamant en de diamantstukjes in het slijpwiel onstaat er een totaal andere “glas-achtige koolstoffase” aan het oppervlak van de steen door een mechanochemisch proces. De snelheid waarmee deze materiaalfase verschijnt hangt af van de oriëntatie van de kristallen in een ruwe diamant: een anisotroop materiaal (waarbij de materiaaleigenschappen niet in alle richtingen gelijk zijn).

Het nieuwe materiaal aan het oppervlak van de diamant wordt er op twee manieren afgepeld. Ten eerste door het snel ronddraaiende wiel waardoor er steeds deeltjes afgeschraapt worden. Maar veel interessanter is de tweede reden: de O2 moleculen uit de lucht binden met de C-atomen om samen te komen tot… CO2

De belangrijke uitkomst van het onderzoek – wanneer ontstaat de gewenste situatie en waardoor – kwam voort uit analyses waarbij men keek naar wat er kwantummechanisch plaatsvindt tussen de bindingen van de atomen tijdens het breken van de verbindingen.

Model

De analyses hebben een werkbaar model opgeleverd waarbij de processen te berekenen zijn en er zo toch weer een onduidelijke zaak uit het verleden verhelderd is.

Met een wetenschappelijke basis voor het anisotrope verschijnsel in diamant is het onderzoeksveld van de tribologie (wrijvingskunde: gedrag van contactvlakken) weer een puzzelstukje rijker.