超硬材料具有其他材料無(wú)可比擬的特殊性質(zhì)，成為了工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不可替代的新材料，已經(jīng)被普遍應(yīng)用于冶金、石油鉆探、建筑工程、機(jī)械加工、儀器儀表、電子行業(yè)、航空航天以及現(xiàn)代前列科學(xué)領(lǐng)域，用量大的石材工業(yè)設(shè)置離開超硬材料及其工具就極難發(fā)展。在這里，國(guó)銳超硬材料小編帶你一起來(lái)看看超硬材料的相關(guān)知識(shí)。



超硬材料是指硬度可與金剛石相比擬的材料。目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼與金剛石，但是還有許多超硬材料正在研發(fā)中，如碳化硼，孿晶金剛石，碳化硅等III族和IV族間化合物。

 

金剛石是目前已知的世界上更硬的物質(zhì)，另外C60的硬度可能不亞于金剛石，但尚未定論。立方氮化硼硬度只次于金剛石。這兩種超硬材料的硬度都遠(yuǎn)高于其它材料的硬度，包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質(zhì)合金、高速鋼等硬質(zhì)工具材料。

 

因此，超硬材料適用于制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質(zhì)材料方面，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，占有不可替代的重要地位。正因如此，超硬材料在工業(yè)上獲得了很廣的應(yīng)用。除了用來(lái)制造工具之外，超硬材料在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)方面具有一些特殊性能，是一種重要的功能材料，引起了人們的高度重視，這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開發(fā)。

我國(guó)超硬材料的發(fā)展，從1963年初次實(shí)驗(yàn)室合成出金剛石至今，已走過(guò)了30多年的歷程。歷經(jīng)了從無(wú)到有，從小到大，從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化生產(chǎn)的全過(guò)程，己成為全球的金剛石生產(chǎn)大國(guó)，人造金剛石的產(chǎn)量已位居世界首。下面總結(jié)了超硬材料的發(fā)展過(guò)程。已獲得普遍工業(yè)應(yīng)用的金剛石和cBN超硬材料由單晶顆粒發(fā)展到聚晶體及新型超硬材料大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

1合成金剛石初探階段



1796年，英國(guó)科學(xué)家Tennant通過(guò)燃燒金剛石產(chǎn)生二氧化碳的明顯實(shí)驗(yàn)初次揭示金剛石是由純碳元素組成，從此人類開始走向探索合成金剛石的征程。經(jīng)過(guò)種種嘗試和努力，直到20世紀(jì)中葉，由Simon和Berman通過(guò)實(shí)驗(yàn)和推測(cè)獲得Graphite-Diamond平衡相圖（后經(jīng)多次完善獲得如圖２所示的平衡相圖），才使人工合成成為可能。

 2HPHT技術(shù)合成金剛石發(fā)展階段



1953年，瑞典Liander等人通過(guò)高溫高壓（HPHT）技術(shù)成功合成出金剛石。隨后的研究表明，若加入氧化硼、氮化鋰、氮化鈣或氮化鎂等觸媒，可將合成壓力和溫度降低到４~7GPa和1200~1700℃，此時(shí)制備的金剛石和cBN微晶主要用于磨料。相對(duì)而言，大顆粒單晶cBN制備較為困難，目前更大也就是達(dá)到１—３mm。國(guó)內(nèi)寶石級(jí)金剛石的研究和制備主要集中在吉林大學(xué)、黃河旋風(fēng)及中南鉆石等研究單位和公司。

 

3 CVD技術(shù)合成金剛石發(fā)展階段



對(duì)于CVD法制備cBN膜材料，盡管在1979年就有制備cBN膜的報(bào)道，但直到1987年報(bào)道表明cBN薄膜才真正意義上被制備出來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)一般會(huì)在基體和cBN膜之間存在其它BN結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層而影響其粘著力。隨著科技的發(fā)展，cBN膜的厚度已達(dá)到２～３μｍ，且與基體的粘著力不斷增強(qiáng)。

 

4納米級(jí)金剛石微粉制備發(fā)展階段



直到20世紀(jì)90年代利用baozha法合成的納米級(jí)金剛石微晶才進(jìn)入市場(chǎng)，此法由于冷卻速度極快，可獲得5nm的微晶。

 

5單晶金剛石刀具發(fā)展階段



大約在20世紀(jì)60年代材料研究學(xué)者才開始將天然金剛石、人造金剛石及立方氮化硼通過(guò)簡(jiǎn)單黏合或焊接后直接應(yīng)用于材料的切磨削等機(jī)械加工。

 

6 聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼材料發(fā)展階段



通常認(rèn)為具有劃時(shí)代意義的是GE公司生產(chǎn)的PCD復(fù)合片（以硬質(zhì)合金作為載體，在其上形成0.3～0.7ｍｍ厚的PCD層），此后許多國(guó)家和公司相繼展開對(duì)PCD和PcBN的研究和制備。

 
7 新型超硬材料發(fā)展階段



大約20世紀(jì)90年代，世界各大超硬材料行業(yè)的公司和研究機(jī)構(gòu)也開始開發(fā)新型超硬材料。隨著研發(fā)的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)由碳、硼、氮、氧等輕元素原子構(gòu)成的單質(zhì)或化合物，及這些輕元素與過(guò)渡簇元素（Ｗ、Re、Ir、Pt、Os等）形成的化合物都具有極高的硬度，其高硬度主要來(lái)源于以上單質(zhì)和化合物能夠形成較高原子堆垛密度、很強(qiáng)共價(jià)鍵的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，鍵結(jié)合能高，具有極高的抗外力能力