Quels matériaux extra-durs connaissez-vous à part le diamant ?

Comme leur nom l'indique, les matériaux super-durs sont des matériaux d'une dureté extrêmement élevée. De manière générale, la dureté du diamant est la plus élevée, la dureté Mohs est de 10 et la dureté du CBN est légèrement inférieure à celle du diamant. Par conséquent, les matériaux extra-durs font généralement référence au diamant et au CBN, ou à des composites constitués de ces deux matériaux comme composants principaux.

La dureté du corindon, du SiC, du carbure cémenté et de l'acier rapide, les quatre types de matériaux durs utilisés comme "dents industrielles", est bien inférieure à celle du diamant et du CBN. Par conséquent, les matériaux extra-durs sont également connus comme les «dents industrielles» les plus dures et les plus tranchantes ou le «roi des matériaux».

1. Diamant

Like other carbon materials, the main chemical element composition of diamonds is carbon. No matter it is a natural diamond or a man-made diamond, no matter what kind of diamond will contain more or less impurities. Diamond generally contains nitrogen impurities. According to the difference of nitrogen content in diamond crystal, diamond can be divided into two types (type I diamond and type II diamond).

Ces dernières années, les matériaux en carbone sont une sorte de matériaux très chauds. Le 21e siècle est aussi connu comme « l'âge du carbone ». Les matériaux en carbone sont largement utilisés dans divers domaines en raison de leurs excellentes propriétés, en particulier dans les industries émergentes stratégiques nationales, telles que le graphène et les nanomatériaux de carbone, la fibre de carbone et ses composites, les films à base de carbone de diamant et les matériaux de carbone traditionnels (noir de carbone, carbone poreux, graphite, graphite spécial, etc.) ont de larges perspectives d'application dans les batteries au lithium, les condensateurs, le stockage d'énergie, le photovoltaïque, les semi-conducteurs, l'affichage photoélectrique, la communication 5g, les capteurs, l'aviation générale, les transports futurs, les équipements haut de gamme et d'autres domaines

2、cBN

Cubic boron nitride (CBN) is the second largest variety of superhard materials. The chemical structure formula of boron nitride is BN, which is composed of boron and nitrogen. Boron nitride has four different crystal structures, mainly hexagonal boron nitride (hBN), cubic boron nitride (CBN), rhombic boron nitride (RBN) and dense hexagonal boron nitride (WBN). The nitrogen and boron atoms in hBN and RBN are hybridized in SP2, while the nitrogen and boron atoms in CBN and WBN are hybridized in SP3.

La dureté du CBN est légèrement inférieure à celle du diamant et la couleur du cristal est liée au type et à la quantité d'impuretés. Le CBN a des caractéristiques photoélectriques uniques. La synthèse de monocristal CBN de grande taille et de haute qualité est un choix inévitable pour l'application de dispositifs fonctionnels. Cependant, la grande taille du cristal CBN a beaucoup moins de succès que celle du diamant. Cela peut être dû au fait que les conditions de synthèse du CBN à grosses particules sont plus strictes et que son application n'a pas trouvé de domaine approprié.

Application de matériaux extra-durs

1. Produits en matériaux super durs

Les matériaux extra-durs et leurs produits et outils ont été largement utilisés dans l'industrie. Ils résolvent non seulement les problèmes qui ne peuvent pas être traités ou difficiles à traiter avec des outils traditionnels, mais améliorent également considérablement l'efficacité du traitement traditionnel et réduisent considérablement la consommation et les rejets de déchets.

Plusieurs produits et outils en matériaux extra-durs (A. lame ; B. meule ; C. lame de scie ; D. foret)

Les principales variétés de produits et d'outils en matériaux extra-durs comprennent les outils de sciage, les abrasifs (y compris les abrasifs consolidés, les abrasifs appliqués et les abrasifs en vrac), les outils de coupe, les outils de forage, les outils de finition, les matrices de tréfilage, d'autres outils et différentes pièces fonctionnelles.

2. Diamants naturels et synthétiques

(1) Diamant naturel

Les diamants extraits de diamants naturels sont appelés diamants naturels. Les diamants naturels sont brillants, magnifiques, rares et précieux. Ils sont considérés comme des trésors. Il y a une publicité qui dit "un diamant durera pour toujours, un éternel", ce qui est bien connu des femmes et des enfants chinois.

En plus d'être utilisé comme bijou, le diamant naturel est davantage utilisé dans l'industrie. L'utilisation industrielle du diamant a longtemps consisté à utiliser sa dureté élevée particulière. Le couteau diamant pour couper le verre nous rappelle que le diamant est utilisé pour préparer des forets pour l'exploration géologique et l'extraction du pétrole et du charbon. Le diamant s'oxydera avec l'oxygène à des degrés divers à haute température, en particulier avec une bonne affinité avec le fer, il ne convient donc pas au traitement des métaux ferreux.

(2) Diamant artificiel

Diamant artificiel, également appelé diamant synthétique de laboratoire ou diamant cultivé dans l'industrie. Des diamants artificiels avec de grosses particules ou des monocristaux ont été utilisés pour traiter des bijoux en diamants synthétiques. Les diamants artificiels sont également des diamants authentiques, avec la même composition et structure que les diamants naturels. Les deux ne peuvent être distingués que d'une manière très particulière. Par exemple, sous l'instrument de cathodoluminescence, la texture de croissance du premier est géométrique, et celle-ci est annulaire. Depuis 2006, le GIA et d'autres institutions de joaillerie ont commencé à fournir des services d'identification et à délivrer des certificats, principalement pour empêcher les marchands de vendre des diamants synthétiques à des prix inférieurs à ceux des diamants naturels. Dans le passé, les chercheurs de l'industrie du diamant ont recherché des méthodes de synthèse efficaces des diamants artificiels, mais il n'y a pas eu de percée. Les deux principaux obstacles proviennent des facteurs de coût et de production. Après des décennies de recherche, la technologie de synthèse de grands monocristaux de diamant par une méthode à ultra-haute pression et à haute température sous la condition d'un catalyseur statique est arrivée à maturité. La Chine a fait un développement rapide dans le développement technique et l'application du grand monocristal de diamant synthétique synthétisé par la méthode ultra-haute pression et haute température et du diamant synthétique synthétisé par la méthode CVD plasma micro-ondes. Des bijoux en diamants synthétiques ont été vendus sur le marché et ont commencé à prendre forme.

3. Principales applications du CBN

Le CBN présente des avantages uniques par rapport au diamant, tels qu'une stabilité thermique élevée et une inertie chimique avec les éléments du groupe du fer.

À l'heure actuelle, le CBN est principalement utilisé sous deux aspects : l'un consiste à fabriquer des outils abrasifs et l'autre à fabriquer du nitrure de bore cubique polycristallin comme matériau d'outil. Par conséquent, CBN est unique dans le traitement des matériaux ferreux, ce qui fournit un nouvel outil de traitement pour les matériaux à base de fer durs et difficiles à traiter.

Utilisé comme matériau abrasif. Il peut être utilisé non seulement pour le traitement de matériaux à base de fer, mais également pour le traitement de matériaux métalliques non ferreux.

Utilisé comme matériau d'outil. Le nitrure de bore cubique polycristallin est généralement utilisé pour les outils de coupe. Le PCBN est une micropoudre préparée à partir d'un monocristal de CBN. Il est préparé en ajoutant du carbure de titane, du cobalt et d'autres adhésifs, puis en frittant à haute pression et à haute température avec une presse supérieure à six faces. Il est particulièrement efficace pour le traitement des métaux ferreux et de leurs alliages, particulièrement adapté à la coupe à grande vitesse et à la coupe à sec. Il réalise le tournage au lieu du meulage et le fraisage au lieu du meulage, et améliore considérablement l'efficacité de la production.

Utilisé comme matériau fonctionnel. Le CBN à conductivité thermique élevée peut être appliqué aux dispositifs fonctionnels photoélectriques.

Le matériau extra-dur est une petite variété de nombreux matériaux différents, mais c'est un matériau irremplaçable et peut progressivement remplacer certains autres matériaux.