Як випливає з назви, надтверді матеріали - це матеріали з надзвичайно високою твердістю. Загалом алмаз має найвищу твердість із твердістю Мооса 10, а cBN трохи нижчий за алмаз, тому до надтвердих матеріалів зазвичай відносять алмаз і cBN або композитні матеріали, виготовлені з цих двох матеріалів як основних компонентів. Твердість чотирьох типів твердих матеріалів, які використовуються як «промислові зуби», корунду, SiC, цементованого карбіду та швидкорізальної сталі, набагато нижча за твердість алмазу та cBN, тому надтверді матеріали також називають найтвердішими та найгострішими. «промислові зуби» або «король матеріалів». Будова і властивості надтвердих матеріалів 1. Будова і властивості алмазу Як і інших вуглецевих матеріалів, основним хімічним елементним складом алмазу є вуглець. Незалежно від того, який це алмаз — природний чи штучний, він міститиме більше чи менше домішок. Алмаз зазвичай містить домішки азоту. За різницею вмісту азоту в кристалі алмазу алмаз можна розділити на два типи (алмаз I типу та алмаз II типу).
Класифікація алмазу
Розподіл алмазної гібридної орбітальної електронної хмари, атомна структура та структура елементарної комірки
Останніми роками вуглецеві матеріали є типом матеріалів з дуже актуальною темою для досліджень. 21 століття також відоме як «вуглецевий вік». Вуглецеві матеріали широко використовуються в різних сферах завдяки їхнім видатним характеристикам, особливо в застосуванні національних стратегічних галузей промисловості, що розвиваються. Графен і вуглецеві наноматеріали, вуглецеві волокна та їх композитні матеріали, алмази, вуглецеві плівки та традиційні вуглецеві матеріали (технічний вуглець, пористий вуглець, графіт, спеціальний графіт тощо) мають широкі перспективи застосування в літієвих батареях, конденсаторах, накопичувачах енергії, фотоелектричні пристрої, напівпровідники, оптоелектронні дисплеї, зв'язок 5G, датчики, авіація загального призначення, майбутнє транспорт, висококласне обладнання та інші сфери.
2. Будова та властивості cBN
Кубічний нітрид бору (cBN) є другим за величиною різновидом надтвердих матеріалів. Хімічна структура нітриду бору - це BN, який складається з двох елементів: бору та азоту. Нітрид бору має чотири різні кристалічні структури, головним чином гексагональний нітрид бору (hBN), кубічний нітрид бору (cBN), ромбоедричний нітрид бору (rBN) і щільний гексагональний нітрид бору (wBN). У hBN і rBN атоми азоту і атоми бору гібридизуються в режимі SP2, тоді як в cBN і wBN атоми азоту і атоми бору гібридизуються в режимі SP3.
Кілька різних марок монокристалів cBN певної компанії (з веб-сайту компанії) Твердість cBN трохи нижча, ніж у алмазу, а колір різноманітний. Колір кристала залежить від типу та кількості домішок, що містяться. cBN має унікальні оптоелектронні властивості. Синтез великих високоякісних монокристалів cBN є неминучим вибором для отримання функціональних пристроїв. Однак великі кристали cBN набагато менш вдалі, ніж алмази. Це може бути тому, що умови для синтезу великозернистого cBN є більш жорсткими, і його застосування не знайшло відповідної області. Застосування надтвердих матеріалів 1. Основні види виробів із надтвердих матеріалів Надтверді матеріали та вироби з них та інструменти знайшли широке застосування в промисловості. Вони не тільки вирішують проблему, яку традиційні інструменти не можуть обробляти або їх важко обробляти, але також значно підвищують ефективність традиційної обробки та значно зменшують споживання та викиди відходів. Декілька продуктів та інструментів із надтвердих матеріалів (a. Леза; b. Шліфувальні круги; c. Леза для пилок; d. Свердла) Основні типи виробів та інструментів із надтвердих матеріалів включають інструменти для пиляння, абразиви (включаючи зв’язані абразиви, абразиви з покриттям і сипучі абразиви). ), ріжучі інструменти, інструменти для свердління, інструменти для правки, матриці для волочіння дроту, інші інструменти та різні функціональні компоненти. 2. Природні алмази та штучні алмази (1) Природні алмази Алмази, отримані з природних алмазів, називаються природними алмазами. Природні діаманти яскраві, чудові, рідкісні та дорогоцінні, і люди вважають їх цінними. У моїй країні є рекламний слоган «Діаманти вічні, а один діамант буде вічним». Крім ювелірних виробів, природні алмази частіше використовуються в промисловості. Промислове використання алмазів здавна базувалося на їх надзвичайно високій твердості. Алмазні ножі для різання скла нагадують нам про використання алмазів для виготовлення бурових коронок для геологічної розвідки та видобутку нафти та вугілля. Алмази піддаються різному ступеню реакцій окислення киснем при високих температурах, особливо із залізом, і непридатні для обробки чорних металів. (2) Штучні алмази У промисловості штучні алмази часто називають алмазами, вирощеними в лабораторії, або культивованими алмазами. Великі частинки або великі монокристали штучних алмазів використовувалися для обробки ювелірних виробів із синтетичних діамантів. Штучні алмази також є справжніми діамантами, з тим же складом і структурою, що і природні алмази. Обидва можна відрізнити лише дуже спеціальними методами, наприклад, під катодним люмінометром, текстура зростання першого є геометричною, тоді як другий має форму кільця. З 2006 року ювелірні установи, такі як GIA, почали надавати послуги з ідентифікації та видавати сертифікати, головним чином для того, щоб запобігти продавцям продаж дешевих синтетичних діамантів як природних. У минулому дослідники алмазної промисловості шукали способи ефективного синтезу штучних алмазів, але прориву не було. Дві основні перешкоди походять від вартості та факторів виробництва. Після десятиліть досліджень технологія синтезу великого монокристалічного алмазу методом надвисокого тиску та високої температури в умовах статичного каталізатора досягла зрілості. моя країна досягла швидкого прогресу в розробці та застосуванні великого монокристалічного штучного алмазу, синтезованого методом надвисокого тиску та високої температури, а також технології синтезу штучного алмазу методом мікрохвильової плазми CVD. Ювелірні вироби з синтетичними діамантами були продані на ринку і почали формуватися. 3. Основні сфери застосування cBN Порівняно з алмазом, cBN має унікальні переваги, такі як висока термічна стабільність і хімічна інертність з елементами родини заліза. В даний час існує два основних використання cBN: одне - для виробництва абразивних інструментів, а інше - для виготовлення полікристалічного кубічного нітриду бору як інструментального матеріалу. Таким чином, cBN має унікальні особливості в обробці матеріалів із чорних металів і пропонує нові інструменти для обробки твердих і міцних матеріалів на основі заліза, які важко обробляти. Основні сфери застосування cBN такі: (1) Використовується як абразивний інструментальний матеріал. Його можна використовувати для обробки як матеріалів на основі заліза, так і матеріалів з кольорових металів. (2) Використовується як інструментальний матеріал. Матеріал, який використовується для ріжучих інструментів, як правило, - полікристалічний кубічний нітрид бору. PcBN - це мікропорошок, виготовлений з монокристалів cBN. Його виготовляють шляхом додавання карбіду титану, кобальту та інших клеїв, а потім спікання під високим тиском і високою температурою за допомогою шестистороннього верхнього преса. Він особливо ефективний при обробці металевого заліза та його сплавів і особливо підходить для високошвидкісного та сухого різання. Він також може замінити шліфування на токарну та фрезерну роботу, що значно покращує ефективність виробництва.
(3) Використовується як функціональний матеріал. CBN з високою теплопровідністю можна використовувати в оптоелектронних функціональних пристроях. Надтверді матеріали є невеликою різноманітністю серед багатьох різних матеріалів, але вони є незамінними матеріалами і можуть поступово замінити деякі інші матеріали.
