Hoe een diamant zich laat slijpen

Diamanten zijn de beste vrienden van meisjes. Maar diamant is ook het hardste materiaal op aarde. Toch bewerken diamantslijpers de keiharde stenen al eeuwen. Fysicus Lars Pastewka en collega’s van het Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials in het Duitse Freiburg verklaren met een computersimulatie hoe het toch lukt een harde diamant te slijpen. Ze schreven er afgelopen zondag over in Nature Materials.

Tijdens het slijpen wordt de diamant tegen een gietijzeren wiel gehouden, dat bestrooid is met diamantpoeder en dat op de plek van de diamant met ongeveer 30 meter per seconde ronddraait. De ervaren slijper hoort en voelt onder welke hoek hij de diamant dan moet houden – diamant laat zich niet onder elke hoek even gemakkelijk slijpen.

Ook dat verklaren de fysici. Tijdens het slijpen, ontdekten zij, verandert de structuur van het diamantoppervlak. De koolstofatomen rangschikken zich niet langer in het harde kristal, maar belanden ten gevolge van wrijving kriskras door elkaar. Zo ontstaat dezelfde amorfe structuur als in glas. Hoe snel dat gebeurt hangt af van de kristaloriëntatie in de diamant. Vandaar dat de hoek ertoe doet bij het slijpen.

Het amorfe laagje wordt daarna op twee manieren van het onderliggende – gladde oppervlak – gepeld. Ten eerste doordat de fijne stukjes diamantpoeder het wegkrassen. En verder doordat zuurstof uit de lucht samen met de koolstofatomen uit het amorfe laagje het vluchtige kooldioxide (CO2) vormt.

Op de computer volgden Pastewka en collega’s 10.000 koolstofatomen in een nagebootst slijpproces. Ze rekenden de bindingen tussen die atomen tot op quantumniveau uit en doorgrondden zo, voor het eerst, het hele traject.