超硬材料
超硬材料
什么是超硬材料？
超硬材料是通过维氏硬度测试测量时硬度值超过 40 吉帕 (GPa) 的材料。它们是几乎不可压缩的固体，具有高电子密度和高键共价键。由于其独特的性能，这些材料在许多工业领域引起了极大的兴趣，包括但不限于磨料、抛光和切割工具、盘式制动器以及耐磨和保护涂层。
寻找新的超硬材料的方法
在第一种方法中，研究人员通过结合硼、碳、氮和氧等轻元素来模拟钻石的短而定向的共价碳键。
第二种方法结合了这些较轻的元素（B、C、N 和 O），但也引入了具有高价电子密度的过渡金属以提供高不可压缩性。通过这种方式，具有高体积模量但低硬度的金属与小的共价形成原子配位以产生超硬材料。碳化钨是这种方法的工业相关表现形式，尽管它不被认为是超硬的。或者，与过渡金属结合的硼化物已成为超硬研究的丰富领域，并导致了诸如ReB2,OsB2， 和WB4.
超硬材料的分类
超硬材料一般可分为两类：内在化合物和外在化合物。本征基团包括金刚石、立方氮化硼 (c-BN)、氮化碳和具有固有硬度的三元化合物，例如 B-N-C。相反，外在材料是那些具有超硬度和其他机械性能的材料，这些机械性能由其微观结构而不是成分决定。外在超硬材料的一个例子是被称为聚集金刚石纳米棒的纳米晶金刚石。
金刚石是迄今为止已知的最硬的材料，维氏硬度在 70-150 GPa 范围内。金刚石显示出高导热性和电绝缘性，并且在寻找这种材料的实际应用方面已经投入了很多注意力。对于工业用途而言，单个天然钻石或黑金刚石的特性差异太大，因此合成钻石成为主要的研究重点。
合成钻石
1953 年在瑞典和 1954 年在美国通过新设备和技术的发展使金刚石的高压合成成为可能，成为人造超硬材料合成的里程碑。该合成清楚地显示了高压应用于工业目的的潜力，并激发了对该领域日益增长的兴趣。
PDC刀具是一种以碳化钨为基体将聚晶金刚石压实的超硬材料。金刚石是PDC刀具的关键原材料。由于天然钻石难以形成且耗时长，价格昂贵，工业应用成本高，在这种情况下，合成钻石在行业中发挥了很大的作用。
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