Kỹ thuật kim cương mạ điện là gì? Nó có đắt hay không?

Các nhà sản xuất sử dụng kim cương nhân tạo để mạ cho các loại công cụ. Vậy nó khác gì so với kim cương tự nhiên? Để hiểu được sự khác biệt này đầu tiên chúng ta phải hiểu kim cương tự nhiên là gì?

Kim cương tự nhiên là gì?

Khái niệm và tính chất của kim cương

Hình ảnh kim cương trong tự nhiên

Kim cương là một khoáng chất hiếm có độ cứng rất cao tạo thành từ carbon, được hình thành sâu bên trong lòng trái đất. Mỗi nguyên tử cacbon trong viên kim cương được bao quanh bởi bốn nguyên tử cacbon khác và kết nối với chúng bằng liên kết cộng hóa trị mạnh – loại liên kết hóa học mạnh nhất. Thành phần hóa học đặc trưng và cấu trúc tinh thể đặc biệt này khiến nó trở thành nguyên liệu cứng nhất hiện nay.
Trái ngược với đá Graphit, kim cương đạt 10/10 trên thang đo độ cứng MOHs (chỉ số càng cao thì càng cứng), kim cương là loại đá quý duy nhất được làm từ một nguyên tố duy nhất: nó thường chứa khoảng 99,95% carbon. 0,05% còn lại có thể bao gồm một hoặc nhiều nguyên tố vi lượng, là những nguyên tử không thuộc thành phần hóa học cơ bản của kim cương. Ngoài ra, một số nguyên tố vi lượng cũng có thể ảnh hưởng đến màu sắc và hình dạng tinh thể của kim cương.

Thang đo độ cứng MOHs

Kim cương được hình thành như thế nào?

Hình thành kim cương trong tự nhiên

Từ xa xưa kim cương tự nhiên đã được cha ông tìm thấy nhưng nó không có nguồn gốc từ bề mặt Trái đất. Thay vào đó chúng được hình thành ở nhiệt độ cao và áp lực xảy ra trong lớp vỏ Trái Đất khoảng 100 dặm bên dưới bề mặt của Trái đất và được đưa lên gần bề mặt hơn nhờ hoạt động của núi lửa và các chuyển động của các mảng kiến tạo trong điều kiện vô cùng khắc nhiệt và ngặt nghèo. Vì thế kim cương rất hiếm hoi và có giá trị rất cao vì lẽ đó mà chúng được nâng niu và làm nên các đồ trang sức vô cùng lấp lánh, không phải ai cũng có thể sở hữu chúng đặc biệt là dùng trong các công cụ chế tác nên đòi hỏi con người phải tạo ra một sản phẩm tương tự kim cương tự nhiên đó chính là kim cương nhân tạo.

Vậy kim cương nhân tạo là gì?

Khái niệm về kim cương nhân tạo

Kim cương nhân tạo

Kim cương nhận tạo (hay kim cương công nghiệp) là kim cương tổng hợp được nghiên cứu, tạo ra từ phòng thí nghiệm chứ không giống kim cương được tạo ra trong môi trường tự nhiên và được khai thác để sử dụng. Loại kim cương nhân tạo này sẽ được tạo ra bằng máy móc dựa trên các điều kiện nghiêm ngặt về nhiệt độ, áp suất do vậy mà chúng sẽ có các thành phần hóa học và tính chất vật lý giống như kim cương tự nhiên.Trên thực tế có các loại kim cương nhân tạo sẽ có khả năng chịu được áp suất gấp 1,3 triệu lần áp suất không khí theo một chiều nhất định và an toàn dưới áp suất 600.000 lần từ nhiều chiều khác nhau. Kim cương nhân tạo còn có thể cứng hơn kim cương tự nhiên nhiều. 

Nguyên liệu để tạo ra chúng?

Nguyên tố chủ yếu tạo nên kim cương nhân tạo vẫn là nguyên tố cacbon và để giảm chi phí thấp các nhà nghiên cứu đã tìm các nguyên liệu có giá thành rẻ nhưng vẫn chứa các nguyên tố cần thiết để cấu thành nên kim cương. Trong đó phải kể đến xơ dừa, nghe thì thấy rất lạ nhưng điều đó là sự thật. Người ta sử dụng xơ dừa để tạo nên các than chì.

Cách tạo ra kim cương nhân tạo

Nhiều người mong muốn tự tạo ra kim cương nhân tạo để có thể thu được lợi nhuận cao về kinh tế nhưng gần như là bất khả thi và có thể nguy hiểm đến sức khỏe. Hiện nay, kim cương nhân tạo thường được tạo ra bằng 2 cách sau trong phòng thí nghiệm:

• Phương pháp cao áp cao nhiệt HPHT: Phương pháp này sử dụng nhiệt độ và áp suất rất cao nhằm tái tạo môi trường giống như môi trường tái tạo kim cương sâu trong lòng đất. Người ta sẽ đặt tinh thể cacbon vào bên trong thiết bị có điều kiện giống trong lòng đất, ở nhiệt độ và áp suất cao, kim loại tan chảy hòa vào cacbon. Kim cương nhân tạo sẽ được hình thành theo đúng mong muốn.
• Phương pháp bốc hơi lắng tụ hóa học CVD: Phương pháp sử dụng sự bốc hơi hóa học của hợp chất khí carbon, tác động của tia nhiệt plasma tạo ra phân chia phân tử khí đến khi chỉ còn lại nguyên tử carbon lắng tụ và phát triển trên mầm kim cương có sẵn. Quy trình sản xuất này đòi hỏi phải đáp ứng điều kiện khắt khe về môi trường hình thành. Phải có hỗn hợp khí hidro và cacbon, đồng thời nhiệt độ từ 800 độ C trở lên thì sự bốc hơi và lắng đọng mới diễn ra. Từ đó hình thành kim cương nhân tạo có chất lượng cao.

Kim cương nhân tạo có đắt không? Nó khác gì so với kim cương tự nhiên?

Nó có đắt không?

Hiện nay, chưa có mức giá cụ thể cho kim cương nhân tạo bởi nó phụ thuộc vào chất liệu kim loại đi kèm cùng với tiền gia công sản phẩm. Nếu muốn kim cương nhân tạo như thật thì phải trải qua quá trình nghiêm ngặt về đầy đủ tiêu chí và tiền gia công cũng khá đắt. Nhưng một phần nữa mà kim cương nhân tạo chưa thể đáp ứng được là về kích thước lớn thì kim cương nhân tạo chưa đạt được vì phải cần một áp suất như trong lòng trái đất mà ngày nay áp suất nhân tạo chưa đạt được. Còn khi bạn muốn sở hữu viên kim cương nhân tạo có tính chất cứng như kim cương tự nhiên mà không quá đòi hỏi về màu sắc thì giá thành sẽ rẻ hơn vì nguyên liệu đi kèm dễ kiếm. Chẳng hạn như xơ dừa là nguyên liệu khá là phổ biến và dễ kiếm nhất là ở Việt Nam, chúng ta còn là nhà cung cấp hàng đầu về nguyên liệu này cho hơn 90 quốc gia trên thế giới.

Sự khác biệt của 2 loại kim cương

Sự khác biệt của kim cương nhân tạo và tự nhiên

Vì sao kim cương nhân tạo có thể gắn được vào các công cụ?

Các dụng cụ như mũi khoan, dũa,... để có thể đính kèm được kim cương nhân tạo cũng cần phải trải qua một phương pháp đó là mạ điện.

Vậy mạ điện là gì?

Mạ điện là quá trình một vật kim loại được phủ một lớp mỏng của kim loại khác bằng cách sử dụng điện phân. Đối với hầu hết các ứng dụng, các lớp phủ kim loại này thường mỏng, dày dưới 0,002 inch. Một lớp kim loại chắc chắn của dụng cụ được mạ điện để kết dính một lớp kim cương duy nhất với dụng cụ. Điều này tăng thêm sức mạnh cho công cụ và tạo ra một công cụ có thể mài cả những vật liệu cứng nhất.

Quy trình mạ điện

Mạ điện kim cương

Một dung dịch được tạo ra bằng cách sử dụng “muối” của lớp phủ kim loại cộng với nước, đây được gọi là bể điện phân. Vật hoặc dụng cụ được mạ sẽ đặt trong bể điện phân. Sau đó, một thanh kim loại được thêm vào bồn tắm. Nó có thể là kim loại được sử dụng để mạ hoặc một vật liệu khác không bị ảnh hưởng (điện cực không hòa tan). Đối tượng được kết nối với nguồn dòng điện một chiều và thanh cũng được kết nối. Một khi nguồn điện được sử dụng, quá trình điện phân xảy ra tạo ra một lớp mạ. Nhiều lớp có thể được áp dụng để đạt được mức độ mong muốn. Trong quá trình mạ điện kim cương, thân công cụ (tích điện âm) được đặt trong một bể chứa ở đó hạt kim cương (điện tích dương) được “dính chặt” vào bề mặt tiếp xúc. Niken sau đó được mạ điện để tăng cường khả năng giữ, kết dính các hạt kim cương vào cơ thể. Kết quả là tạo ra một lớp sạn kim cương duy nhất, rất dày đặc trên bề mặt làm việc của các dụng cụ.

Kim cương mạ điện

Các dụng cụ kim cương mạ điện dùng làm gì?

Với bề mặt kim cương tiếp xúc hoàn toàn, các sản phẩm mạ điện và hàn chân không có ứng dụng mở rộng hơn so với các sản phẩm nhựa và thiêu kết của chúng. Một yếu tố quan trọng khác đối với công suất rộng rãi của chúng là cả mạ điện và hàn chân không đều cho phép tạo ra các hình dạng và hình thức cực kỳ phức tạp không thể có trong các sản phẩm nhựa và thiêu kết. Kiểm tra một số hình ảnh thực sự tuyệt vời ở đây trong phần công cụ tùy chỉnh của chúng tôi. Đây là một đặc điểm chung quan trọng làm cho danh sách vật liệu và ứng dụng rất dài. Từ nhựa, sợi thủy tinh, cao su và các vật liệu composite khác đến đá mềm như đá cẩm thạch, đá vôi và thậm chí đến một số kim loại và thủy tinh.
Các công cụ mạ điện, với các hạt kim cương sắc và cứng hơn, sẽ có xu hướng xuyên thủng bề mặt và thường phù hợp hơn với các loại vật liệu tổng hợp và nhựa. Bề mặt trơn (nhựa) hoặc dính (cao su) cần nhiều thao tác vuốt hơn để loại bỏ vật liệu. Các công cụ được hàn chân không sẽ mài qua các vật liệu và phù hợp hơn với các loại đá mềm hơn như đá cẩm thạch và đá vôi cũng như một số kim loại mà các sản phẩm mạ điện sẽ quá dễ vỡ.
Các công cụ mạ điện mạnh hơn so với các công cụ tiêu chuẩn hoặc công cụ tổng hợp . Với lớp mạ phù hợp, một công cụ hoặc bánh xe cũ, mòn có thể trở nên sắc nét và mạnh mẽ hơn bao giờ hết. Những công cụ này được sử dụng trong sản xuất các linh kiện cho ngành công nghiệp ô tô, y học, hàng không vũ trụ, máy tính và công việc của nhà máy. Sức mạnh, khả năng chi trả và khả năng sử dụng của các công cụ mạ điện khiến chúng rất được mong đợi trong tất cả các cấp của quy trình sản xuất. Chúng được sử dụng trong gia công chủ yếu cho quá trình mài hoặc cắt và thường có trong các mũi khoan, dũa,...

Dụng cụ được mạ kim cương


Mũi khoét kính mạ kim cương có tại Công Cụ Tốt

Tác giả bài viết
Nguyễn Thị Loan