초경질 재료

초경질 재료란?

초경질 재료는 Vickers 경도 시험으로 측정했을 때 경도 값이 40 기가파스칼(GPa)을 초과하는 재료입니다. 그들은 높은 전자 밀도와 높은 결합 공유성을 가진 사실상 비압축성 고체입니다. 고유한 특성으로 인해 이러한 재료는 연마재, 연마 및 절삭 공구, 디스크 브레이크, 내마모성 및 보호 코팅을 포함하되 이에 국한되지 않는 많은 산업 분야에서 큰 관심을 받고 있습니다.

새로운 초경질 재료를 찾는 방법

첫 번째 접근 방식에서 연구자들은 붕소, 탄소, 질소 및 산소와 같은 가벼운 요소를 결합하여 다이아몬드의 짧은 방향성 공유 탄소 결합을 모방합니다.

두 번째 접근 방식은 이러한 더 가벼운 요소(B, C, N 및 O)를 통합하지만 높은 비압축성을 제공하기 위해 원자가 전자 밀도가 높은 전이 금속도 도입합니다. 이러한 방식으로 벌크 계수는 높지만 경도가 낮은 금속은 작은 공유 형성 원자와 배위되어 초경질 재료를 생성합니다. 텅스텐 카바이드는 비록 그것이 매우 단단한 것으로 간주되지는 않지만 이 접근법의 산업적으로 관련된 표현입니다. 또는 전이 금속과 결합된 붕소화물은 초경질 연구의 풍부한 영역이 되었으며 다음과 같은 발견으로 이어졌습니다.ReB2,OsB2, 그리고WB4.

초경질 재료의 분류

초경질 재료는 일반적으로 고유 화합물과 외부 화합물의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 진성 그룹에는 다이아몬드, 입방정 질화붕소(c-BN), 탄소 질화물 및 고유 경도를 갖는 B-N-C와 같은 삼원 화합물이 포함됩니다. 반대로, 외부 재료는 구성보다는 미세 구조에 의해 결정되는 초경도 및 기타 기계적 특성을 갖는 재료입니다. 외부 초경질 재료의 예는 응집된 다이아몬드 나노로드로 알려진 나노결정질 다이아몬드입니다.

다이아몬드는 현재까지 알려진 가장 단단한 물질로 비커스 경도가 70–150 GPa 범위입니다. 다이아몬드는 높은 열전도율과 전기 절연 특성을 모두 보여주며 이 재료의 실용적인 응용 분야를 찾는 데 많은 관심을 기울였습니다. 개별 천연 다이아몬드 또는 카르보나도의 특성은 산업적 목적으로 사용하기에는 너무 광범위하여 합성 다이아몬드가 주요 연구 초점이 되었습니다.

합성 다이아몬드

1953년 스웨덴과 1954년 미국에서 다이아몬드의 고압 합성은 새로운 장치와 기술의 개발로 가능해졌으며 인공 초경질 재료 합성의 이정표가 되었습니다. 합성은 산업적 목적을 위한 고압 응용의 가능성을 분명히 보여주었고 이 분야에 대한 관심 증가를 자극했습니다.

PDC 커터는 텅스텐 카바이드 기판으로 다결정 다이아몬드를 압축하는 일종의 초경질 재료입니다. 다이아몬드는 PDC 절단기의 핵심 원료입니다. 천연다이아몬드는 성형이 어렵고 시간이 오래 걸리고 가격이 너무 비싸 공업용으로 사용되기 때문에 이 경우 합성다이아몬드가 업계에서 큰 역할을 해왔다.

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