超硬材料至今没有严格的界定,通常把金刚石和硬度接近金刚石的材料称为超硬材料,即指以金刚石为代表的具有很高硬度的物质的总称。
近年来已实现产业化的是金刚石和立方氮化硼。金刚石系列产品中,由静压法合成的金刚石单晶、聚晶以及以此为硬质点制造成的各种制品,包括金刚石锯片、钻头、刀具、砂轮等,是目前超硬材料应用的主要领域,也是超硬材料工具中开发*早、应用*为成熟的产品。
由爆炸法合成的纳米级金刚石以及用物理和化学方法沉积的金刚石和类金刚石薄膜,得到了较快的发展。
目前,对超硬材料的研究着眼于短周期的几种轻元素,硼、碳、氮是元素周期表第二周期相邻的三种轻元素,其原子的共价半径分别为0.82A、0.77A、0.75A,由它们组成的共价化合物是超硬材料的*佳候选对象。因此,可以预期新型的超硬材料将可能在如图所示的B-C-N三元素相图中产生,而实际上,目前已知的大部分超硬材料,如金刚石、CBN和碳化硼(B4C)以及理论上*硬的β-C3N4均位于B-C-N组成的三元相图中。三角形的顶点代表纯组元,边上的点代表边界二元体系的成分,三元体系的组分由三角形内的点来确定。
在B-C-N三元体系中,人们熟知的石墨、六方氮化硼、金刚石、立方氮化硼、碳化硼等材料具有其他材料无法比拟、无法取代的优异性能,不仅在机械加工和功能元器件方面发挥了重要作用,而且在人类的日程生活中扮演重要的角色。
随着适用于各种用途的超硬材料不断涌现,超硬材料向高质量、多品种、专业化的目标发展,这将是超硬材料今后的主要发展方向。
单晶合成 采用不同成分和形态的石墨或氮化硼,用不同的催化剂,不同的高温高压合成设备(如两面顶、六面顶)以及不同的工艺,合成出不同的单晶产品。
单晶分选 将合成的单晶产品按照颗粒形状、粒度、堆积密度、杂志含量以及强度、韧度、耐热性等性能指标的不同进行分选,从而分为不同的单晶品种。
表面镀膜 经过分选的不同品种的单晶、利用化学镀、电镀、真空镀等表面镀膜方法,在其晶粒表面上镀膜不同种类、不同厚度的金属镀层(单金属或合金,单层或多层),使之成为具有不同性能和不同用途的金刚石或立方氮化硼品种。
聚晶制造 利用金刚石单晶粉末或石墨粉以及适当的金属粉和非金属粉等原料,按照适当的配方,采用相应的工艺方法(高温高压烧结法或直接生长法),制造具有不同形状、规格、性能和用途的金刚石聚晶。
薄膜生长 在低压条件下采用各种气相沉积生长法,制造具有特殊性能和较大尺寸的超硬薄膜或类金刚石薄膜,从而开辟超硬材料制造的新途径和新的应用领域。
微晶立方氮化硼制备 通过控制晶界相手段,制备出大颗粒微晶粒方氮化硼,以满足机械工业高效、精密磨削加工要求。
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