Superhardt materiale

Hva er superhardt materiale?

Et superhardt materiale er et materiale med en hardhetsverdi som overstiger 40 gigapascal (GPa) målt ved Vickers hardhetstest. De er praktisk talt ukomprimerbare faste stoffer med høy elektrontetthet og høy bindingskovalens. Som et resultat av deres unike egenskaper er disse materialene av stor interesse i mange industriområder, inkludert, men ikke begrenset til, slipemidler, polerings- og skjæreverktøy, skivebremser og slitesterke og beskyttende belegg.

Måten å finne de nye superharde materialene

I den første tilnærmingen emulerer forskere de korte, retningsbestemte kovalente karbonbindingene til diamanten ved å kombinere lette elementer som bor, karbon, nitrogen og oksygen.

Den andre tilnærmingen inkluderer disse lettere elementene (B, C, N og O), men introduserer også overgangsmetaller med høy valenselektrontetthet for å gi høy inkompressibilitet. På denne måten blir metaller med høye bulkmoduler men lav hardhet koordinert med små kovalentdannende atomer for å produsere superharde materialer. Wolframkarbid er en industrielt relevant manifestasjon av denne tilnærmingen, selv om den ikke anses som superhard. Alternativt har borider kombinert med overgangsmetaller blitt et rikt område for superhard forskning og har ført til funn som f.eks.ReB2,OsB2, ogWB4.

Klassifisering av superharde materialer

Superharde materialer kan generelt klassifiseres i to kategorier: indre forbindelser og ytre forbindelser. Den iboende gruppen inkluderer diamant, kubisk bornitrid (c-BN), karbonnitrider og ternære forbindelser som B-N-C, som har en medfødt hardhet. Omvendt er ekstrinsiske materialer de som har superhardhet og andre mekaniske egenskaper som bestemmes av deres mikrostruktur snarere enn sammensetning. Et eksempel på ekstrinsisk superhardt materiale er en nanokrystallinsk diamant kjent som aggregerte diamant nanorods.

Diamant er det hardeste kjente materialet til dags dato, med en Vickers-hardhet i området 70–150 GPa. Diamant viser både høy varmeledningsevne og elektrisk isolerende egenskaper, og mye oppmerksomhet har blitt lagt ned på å finne praktiske anvendelser for dette materialet. Egenskapene til individuelle naturlige diamanter eller carbonado varierer for mye for industrielle formål, og derfor ble syntetiske diamanter et stort forskningsfokus.

Syntetisk diamant

Høytrykkssyntesen av diamanter i 1953 i Sverige og i 1954 i USA, muliggjort av utviklingen av nye apparater og teknikker, ble en milepæl i syntesen av kunstige superharde materialer. Syntesen viste tydelig potensialet til høytrykksapplikasjoner for industrielle formål og stimulerte økende interesse for feltet.

PDC-kutter er et slags superhardt materiale som komprimerer polykrystallinsk diamant med et wolframkarbidsubstrat. Diamant er nøkkelråmaterialet for PDC-kuttere. Fordi naturlige diamanter er vanskelige å danne og tar lang tid, er de for dyre og kostbare for industriell bruk, i dette tilfellet har syntetisk diamant spilt en stor rolle i industrien.

Er du interessert i wolframkarbidprodukter og ønsker mer informasjon og detaljer, kan du KONTAKT OSS på telefon eller mail til venstre, eller SEND OSS POST nederst på siden.