超硬材料是硬度極高的材料。通常來說，金剛石的硬度Z高，莫氏硬度為10，cBN的硬度稍次于金剛石，所以超硬材料通常是指金剛石和cBN，或由這兩種材料為主要成分分別制成的復(fù)合材料。作為“工業(yè)牙齒”應(yīng)用的四類硬質(zhì)材料剛玉、SiC、硬質(zhì)合金、高速鋼的硬度，遠(yuǎn)低于金剛石和cBN的硬度，因此超硬材料又被稱為Z硬Z鋒利的“工業(yè)牙齒”或“材料之W”。

  超硬材料的結(jié)構(gòu)與性能

  

1、金剛石的結(jié)構(gòu)與性能

  同其他碳材料一樣，金剛石的主要化學(xué)元素組成是碳。無論是天然金剛石，還是人造金剛石，但無論那種金剛石都會含 有或多或少的雜質(zhì)。金剛石一般都含有氮雜質(zhì)，根據(jù) 金剛石晶體內(nèi)氮元素含量的差異，金剛石可以分為兩種類型（Ⅰ型金剛石和Ⅱ型金剛石）。




  金剛石的分類



  金剛石的雜化軌道電子云分布、原子結(jié)構(gòu)和晶胞結(jié)構(gòu)

  近年來，碳材料是一類非常具有研究熱點的材料。21世紀(jì)也被稱為“碳時代”。碳材料以其優(yōu)異出眾的性能被普遍應(yīng)用于各個領(lǐng)域，尤其是在國家戰(zhàn)略 性新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，石墨烯及碳納米材料、碳纖維 及其復(fù)合材料、金剛石、碳基薄膜和傳統(tǒng)碳材料（炭 黑、多孔碳、石墨、特種石墨等）在鋰電、電容器、儲能、 光伏、半導(dǎo)體、光電顯示、５Ｇ 通訊、傳感器、通用航空、 未來交通、G端裝備等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊

  

2、cBN的結(jié)構(gòu)與性能

  立方氮化硼（cBN）是第二大品種的超硬材料。氮化硼的化學(xué)結(jié)構(gòu)式是 BN，由硼元素和氮元素兩種元素組成。氮化硼具有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)，主要有六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（cBN）、菱方氮化硼 （rBN）和密集六方氮化硼（wBN）。其 中 hBN 和 rBN 中 氮原子和硼原子以 SP2 方式雜 化 ， 而 cBN 和 wBN 中 氮原子和硼原子以 SP3 方式雜 化。

  cBN 的硬度略低于金剛石， 顏色多樣，晶體顏色與所含雜質(zhì)種類、 數(shù)量有關(guān)。cBN 具有獨特的光電特性， 合成大尺寸、高質(zhì)量 cBN 單晶是獲得功能器件應(yīng)用的必然選擇，可是 cBN 晶體的大尺寸化遠(yuǎn)沒有金剛石做得成功，這也許是因為合成大顆粒cBN的條件更苛刻，其應(yīng)用也沒有找到合適領(lǐng)域的緣故。