Material superduro

O que é material super duro?

Um material superduro é um material com um valor de dureza superior a 40 gigapascals (GPa) quando medido pelo teste de dureza Vickers. Eles são sólidos virtualmente incompressíveis com alta densidade eletrônica e alta covalência de ligação. Como resultado de suas propriedades únicas, esses materiais são de grande interesse em muitas áreas industriais, incluindo, mas não limitado a, abrasivos, ferramentas de polimento e corte, freios a disco e revestimentos protetores e resistentes ao desgaste.

A maneira de encontrar os novos materiais superduros

Na primeira abordagem, os pesquisadores emulam as ligações curtas e direcionais de carbono covalentes do diamante combinando elementos leves como boro, carbono, nitrogênio e oxigênio.

A segunda abordagem incorpora esses elementos mais leves (B, C, N e O), mas também introduz metais de transição com alta densidade eletrônica de valência para fornecer alta incompressibilidade. Desta forma, metais com alto módulo de volume, mas baixa dureza são coordenados com pequenos átomos formadores de covalentes para produzir materiais superduros. O carboneto de tungstênio é uma manifestação industrialmente relevante dessa abordagem, embora não seja considerado super duro. Alternativamente, boretos combinados com metais de transição tornaram-se uma rica área de pesquisa superdura e levaram a descobertas comoReB2,OsB2, eWB4.

Classificação de materiais superduros

Os materiais superduros podem ser geralmente classificados em duas categorias: compostos intrínsecos e compostos extrínsecos. O grupo intrínseco inclui diamante, nitreto cúbico de boro (c-BN), nitretos de carbono e compostos ternários, como B-N-C, que possuem uma dureza inata. Por outro lado, os materiais extrínsecos são aqueles que possuem superdureza e outras propriedades mecânicas que são determinadas por sua microestrutura e não por sua composição. Um exemplo de material superduro extrínseco é um diamante nanocristalino conhecido como nanobastões de diamante agregado.

O diamante é o material mais duro conhecido até hoje, com uma dureza Vickers na faixa de 70 a 150 GPa. O diamante demonstra alta condutividade térmica e propriedades eletricamente isolantes, e muita atenção tem sido dada para encontrar aplicações práticas para este material. As propriedades de diamantes naturais individuais ou carbonados variam muito para fins industriais e, portanto, os diamantes sintéticos tornaram-se um importante foco de pesquisa.

diamante sintético

A síntese de diamantes em alta pressão em 1953 na Suécia e em 1954 nos EUA, possibilitada pelo desenvolvimento de novos aparelhos e técnicas, tornou-se um marco na síntese de materiais artificiais superduros. A síntese mostrou claramente o potencial de aplicações de alta pressão para fins industriais e estimulou o crescente interesse no campo.

O cortador PDC é um tipo de material superduro que compacta o diamante policristalino com um substrato de carboneto de tungstênio. O diamante é a principal matéria-prima para os cortadores PDC. Como os diamantes naturais são difíceis de formar e demoram muito, são muito caros e caros para aplicação industrial, neste caso, o diamante sintético tem desempenhado um grande papel na indústria.

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