Superhårt material

Vad är superhårt material?

Ett superhårt material är ett material med ett hårdhetsvärde som överstiger 40 gigapascal (GPa) mätt med Vickers hårdhetstest. De är praktiskt taget inkompressibla fasta ämnen med hög elektrondensitet och hög bindningskovalens. Som ett resultat av sina unika egenskaper är dessa material av stort intresse inom många industriområden inklusive, men inte begränsat till, slipmedel, poler- och skärverktyg, skivbromsar och slitstarka och skyddande beläggningar.

Sättet att hitta de nya superhårda materialen

I det första tillvägagångssättet emulerar forskare diamantens korta, riktade kovalenta kolbindningar genom att kombinera lätta element som bor, kol, kväve och syre.

Det andra tillvägagångssättet inkluderar dessa lättare element (B, C, N och O), men introducerar också övergångsmetaller med hög valenselektrondensitet för att ge hög inkompressibilitet. På detta sätt koordineras metaller med hög bulkmoduler men låg hårdhet med små kovalentbildande atomer för att producera superhårda material. Volframkarbid är en industriellt relevant manifestation av detta tillvägagångssätt, även om det inte anses vara superhårt. Alternativt har borider i kombination med övergångsmetaller blivit ett rikt område för superhård forskning och har lett till upptäckter som t.ex.ReB2,OsB2, ochWB4.

Klassificering av superhårda material

Superhårda material kan generellt delas in i två kategorier: inre föreningar och extrinsiska föreningar. Den inneboende gruppen inkluderar diamant, kubisk bornitrid (c-BN), kolnitrider och ternära föreningar såsom B-N-C, som har en medfödd hårdhet. Omvänt är yttre material de som har superhårdhet och andra mekaniska egenskaper som bestäms av deras mikrostruktur snarare än sammansättning. Ett exempel på extrinsiskt superhårt material är en nanokristallin diamant känd som aggregerade diamantnanostavar.

Diamant är det hårdaste kända materialet hittills, med en Vickers hårdhet i intervallet 70–150 GPa. Diamond uppvisar både hög värmeledningsförmåga och elektriskt isolerande egenskaper, och mycket uppmärksamhet har lagts på att hitta praktiska tillämpningar för detta material. Egenskaperna hos enskilda naturliga diamanter eller carbonado varierar för mycket för industriella ändamål, och därför blev syntetiska diamanter ett stort forskningsfokus.

Syntetisk diamant

Högtryckssyntesen av diamanter 1953 i Sverige och 1954 i USA, möjlig genom utvecklingen av nya apparater och tekniker, blev en milstolpe i syntesen av konstgjorda superhårda material. Syntesen visade tydligt potentialen hos högtryckstillämpningar för industriella ändamål och stimulerade ett växande intresse för området.

PDC-skärare är ett slags superhårt material som komprimerar polykristallin diamant med ett volframkarbidsubstrat. Diamant är nyckelråvaran för PDC-fräsar. Eftersom naturliga diamanter är svåra att forma och tar lång tid, är de för dyra och dyra för industriell tillämpning, i det här fallet har syntetisk diamant spelat en stor roll i branschen.

Om du är intresserad av hårdmetallprodukter och vill ha mer information och detaljer kan du KONTAKTA OSS via telefon eller mail till vänster, eller SKICKA MAIL till oss längst ner på sidan.