Som namnet antyder är superhårda material material med extremt hög hårdhet. Generellt sett har diamant den högsta hårdheten, med en Mohs hårdhet på 10, och cBN är något lägre än diamant, så superhårda material refererar vanligtvis till diamant och cBN, eller kompositmaterial gjorda av dessa två material som huvudkomponenter. Hårdheten hos de fyra typerna av hårda material som används som "industritänder", korund, SiC, hårdmetall och snabbstål, är mycket lägre än hårdheten hos diamant och cBN, så superhårda material kallas också för de hårdaste och vassaste "industritänder" eller "kung av material". Struktur och egenskaper hos superhårda material 1. Struktur och egenskaper hos diamant Liksom andra kolmaterial är diamantens huvudsakliga kemiska grundämnessammansättning kol. Oavsett om det är naturlig diamant eller konstgjord diamant, oavsett vilken sorts diamant, kommer den att innehålla mer eller mindre föroreningar. Diamant innehåller i allmänhet kväveföroreningar. Beroende på skillnaden i kvävehalten i diamantkristallen kan diamant delas in i två typer (diamant typ I och diamant typ II).
Klassificering av diamant
Diamanthybridorbitalelektronmolnfördelning, atomstruktur och enhetscellstruktur
På senare år är kolmaterial en typ av material med ett mycket hett forskningsämne. 2000-talet är också känt som "kolåldern". Kolmaterial används i stor utsträckning inom olika områden på grund av deras enastående prestanda, särskilt vid tillämpningen av nationella strategiska framväxande industrier. Grafen och kolnanomaterial, kolfibrer och deras kompositmaterial, diamanter, kolbaserade filmer och traditionella kolmaterial (kimrök, poröst kol, grafit, specialgrafit, etc.) har breda tillämpningsmöjligheter inom litiumbatterier, kondensatorer, energilagring, solceller, halvledare, optoelektroniska displayer, 5G-kommunikation, sensorer, allmänflyg, framtida transporter, avancerad utrustning och andra områden.
2. Struktur och egenskaper hos cBN
Kubisk bornitrid (cBN) är den näst största sorten av superhårda material. Bornitrids kemiska struktur är BN, som består av två element: bor och kväve. Bornitrid har fyra olika kristallstrukturer, främst hexagonal bornitrid (hBN), kubisk bornitrid (cBN), romboedrisk bornitrid (rBN) och tät hexagonal bornitrid (wBN). I hBN och rBN hybridiseras kväveatomer och boratomer i SP2-läge, medan i cBN och wBN hybridiseras kväveatomer och boratomer i SP3-läge.
Flera olika märken av cBN-enkristaller från ett visst företag (från företagets hemsida) Hårdheten hos cBN är något lägre än för diamant, och färgen är mångsidig. Färgen på kristallen är relaterad till typen och mängden av föroreningar som finns. cBN har unika optoelektroniska egenskaper. Att syntetisera stora, högkvalitativa cBN-enkristaller är ett oundvikligt val för att erhålla funktionella enhetsapplikationer. Men de stora cBN-kristallerna är mycket mindre framgångsrika än diamanter. Detta kan bero på att villkoren för att syntetisera storkornig cBN är strängare och att dess tillämpning inte har hittat ett lämpligt område. Användning av superhårda material 1. Huvudtyper av superhårda materialprodukter Superhårda material och deras produkter och verktyg har använts i stor utsträckning inom industrin. De löser inte bara problemet med att traditionella verktyg inte kan bearbeta eller är svåra att bearbeta, utan förbättrar också avsevärt effektiviteten i traditionell bearbetning och minskar avsevärt förbrukning och avfallsutsläpp. Flera superhårda materialprodukter och verktyg (a. Blad; b. Slipskivor; c. Sågblad; d. Borrskär) Huvudtyperna av superhårda materialprodukter och verktyg inkluderar sågverktyg, slipmedel (inklusive bundna slipmedel, belagda slipmedel och lösa slipmedel ), skärverktyg, borrverktyg, förbandsverktyg, tråddragningsverktyg, andra verktyg och olika funktionskomponenter. 2. Naturliga diamanter och konstgjorda diamanter (1) Naturliga diamanter Diamanter erhållna från naturliga diamanter kallas naturliga diamanter. Naturliga diamanter är ljusa, vackra, sällsynta och värdefulla och betraktas som värdefulla av människor. Det finns en reklamslogan "Diamonds are forever, and one diamond will be forever" som är känd för alla i mitt land. Förutom att användas som smycke används naturliga diamanter oftare inom industrin. Den industriella användningen av diamanter har länge varit baserad på deras extremt höga hårdhet. Diamantknivar för att skära glas påminner oss om användningen av diamanter för att göra borrkronor för geologisk utforskning och olje- och kolbrytning. Diamanter genomgår olika grader av oxidationsreaktioner med syre vid höga temperaturer, särskilt med järn, och är inte lämpliga för bearbetning av järnmetaller. (2) Konstgjorda diamanter Konstgjorda diamanter kallas ofta laboratorieodlade diamanter eller odlade diamanter i branschen. Stora partiklar eller stora enkristaller av konstgjorda diamanter har använts för att bearbeta syntetiska diamantsmycken. Konstgjorda diamanter är också riktiga diamanter, med samma sammansättning och struktur som naturliga diamanter. De två kan endast särskiljas med mycket speciella metoder, såsom under en katodluminometer, är tillväxtstrukturen för den förra geometrisk, medan den senare är ringformad. Sedan 2006 har smyckesinstitutioner som GIA börjat tillhandahålla identifieringstjänster och utfärda certifikat, främst för att hindra handlare från att sälja syntetiska diamanter till lägre priser som naturliga diamanter. Tidigare har forskare inom diamantindustrin letat efter sätt att effektivt syntetisera konstgjorda diamanter, men det har inte skett något genombrott. De två huvudsakliga hindren kommer från kostnads- och produktionsfaktorer. Efter decennier av forskning har tekniken för att syntetisera stora enkristalldiamanter med ultrahögt tryck och högtemperaturmetoder under statiska katalysatorförhållanden mognat. Mitt land har gjort snabba framsteg i utvecklingen och tillämpningen av stora enkristalliserade konstgjorda diamanter syntetiserade med ultrahögt tryck och högtemperaturmetoder, samt tekniken för att syntetisera konstgjord diamant med mikrovågsplasma CVD-metoden. Syntetiska diamantsmycken har sålts på marknaden och har börjat ta form. 3. Huvudapplikationer för cBN Jämfört med diamant har cBN unika fördelar, såsom hög termisk stabilitet och kemisk tröghet med järnfamiljens element. Det finns för närvarande två huvudsakliga användningsområden för cBN: den ena är att tillverka slipverktyg och den andra är att tillverka polykristallin kubisk bornitrid som verktygsmaterial. Därför har cBN unika egenskaper vid bearbetning av järnhaltiga metallmaterial och tillhandahåller nya bearbetningsverktyg för hårda och sega järnbaserade material som är svåra att bearbeta. De huvudsakliga tillämpningarna för cBN är följande: (1) Används som slipande verktygsmaterial. Den kan användas för bearbetning av både järnbaserade material och icke-järnmetaller. (2) Används som verktygsmaterial. Materialet som används för skärverktyg är i allmänhet polykristallin kubisk bornitrid. PcBN är ett mikropulver framställt av cBN enkristall. Den tillverkas genom att tillsätta titankarbid, kobolt och andra lim, och sedan sintra den under högt tryck och hög temperatur med en sexsidig topppress. Den är särskilt effektiv vid bearbetning av järnmetaller och deras legeringar och är särskilt lämplig för höghastighetsskärning och torrskärning. Den kan också ersätta slipning med svarvning och fräsning, vilket avsevärt förbättrar produktionseffektiviteten.
(3) Används som funktionsmaterial. Hög värmeledningsförmåga cBN kan användas i optoelektroniska funktionella enheter. Superhårda material är en liten variation bland många olika material, men de är ett oersättligt material och kan gradvis ersätta vissa andra material.
