Jakie znacie supertwarde materiały oprócz diamentu?

Jak sama nazwa wskazuje, materiały supertwarde to materiały o niezwykle wysokiej twardości. Ogólnie rzecz biorąc, twardość diamentu jest najwyższa, twardość Mohsa wynosi 10, a twardość CBN jest nieco niższa niż diamentu. Dlatego materiały supertwarde zwykle odnoszą się do diamentu i CBN lub kompozytów wykonanych z tych dwóch materiałów jako głównych składników.

Twardość korundu, SiC, węglika spiekanego i stali szybkotnącej, czterech rodzajów twardych materiałów używanych jako „zęby przemysłowe”, jest znacznie niższa niż diamentu i CBN. Dlatego supertwarde materiały są również nazywane najtwardszymi i najostrzejszymi „przemysłowymi zębami” lub „królami materiałów”.

1. Diament

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).

W ostatnich latach materiały węglowe są rodzajem bardzo gorących materiałów. XXI wiek znany jest również jako „epoka węgla”. Materiały węglowe są szeroko stosowane w różnych dziedzinach ze względu na ich doskonałe właściwości, zwłaszcza w krajowych strategicznych, wschodzących gałęziach przemysłu, takich jak grafen i nanomateriały węglowe, włókno węglowe i jego kompozyty, diamentowe folie na bazie węgla i tradycyjne materiały węglowe (sadza, węgiel porowaty, grafit, grafit specjalny itp.) mają szerokie perspektywy zastosowań w bateriach litowych, kondensatorach, magazynowaniu energii, fotowoltaice, półprzewodnikach, wyświetlaczach fotoelektrycznych, komunikacji 5g, czujnikach, lotnictwie ogólnym, transporcie przyszłości, sprzęcie wysokiej klasy i innych dziedzinach

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.

Twardość CBN jest nieco niższa niż diamentu, a kolor kryształu zależy od rodzaju i ilości zanieczyszczeń. CBN ma unikalne właściwości fotoelektryczne. Synteza wielkogabarytowych i wysokiej jakości monokryształów CBN jest nieuniknionym wyborem dla zastosowania funkcjonalnych urządzeń. Jednak duży rozmiar kryształu CBN jest znacznie mniej skuteczny niż diament. Może to wynikać z tego, że warunki syntezy wielkocząsteczkowego CBN są bardziej rygorystyczne, a jego zastosowanie nie znalazło odpowiedniego pola.

Zastosowanie materiałów supertwardych

1. Produkty z materiałów supertwardych

Materiały supertwarde oraz ich produkty i narzędzia znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle. Nie tylko rozwiązują problemy, które nie mogą być przetworzone lub trudne do przetworzenia tradycyjnymi narzędziami, ale także znacznie poprawiają wydajność tradycyjnego przetwarzania oraz znacznie zmniejszają zużycie i odprowadzanie odpadów.

Kilka produktów i narzędzi z supertwardych materiałów (A. ostrze; B. ściernica; C. brzeszczot; D. wiertło)

Główne odmiany produktów i narzędzi z supertwardych materiałów obejmują narzędzia do piłowania, materiały ścierne (w tym materiały ścierne skonsolidowane, materiały ścierne nasypowe i materiały ścierne luzem), narzędzia tnące, narzędzia do wiercenia, narzędzia do wykańczania, matryce do ciągnienia drutu, inne narzędzia i różne części funkcjonalne.

2. Diamenty naturalne i sztuczne

(1) Naturalny diament

Diamenty wydobyte z diamentów naturalnych nazywane są diamentami naturalnymi. Naturalne diamenty są jasne, wspaniałe, rzadkie i cenne. Są uważane za skarby. Jest reklama, która mówi, że „diament będzie trwał wiecznie, wiecznie”, co jest dobrze znane chińskim kobietom i dzieciom.

Oprócz tego, że jest używany jako biżuteria, naturalny diament jest częściej wykorzystywany w przemyśle. Przemysłowe zastosowanie diamentu od dawna polega na wykorzystywaniu jego szczególnej wysokiej twardości. Diamentowy nóż do cięcia szkła przypomina nam, że diament służy do przygotowania wierteł do eksploracji geologicznej oraz wydobycia ropy i węgla. Diament będzie utleniał się tlenem w różnym stopniu w wysokiej temperaturze, szczególnie przy dobrym powinowactwie do żelaza, więc nie nadaje się do obróbki metali żelaznych.

(2) sztuczny diament;

Artificial diamond, also known as laboratory synthetic diamond or cultivated diamond in the industry. Artificial diamonds with large particles or single crystals have been used to process synthetic diamond jewelry. Artificial diamonds are also genuine diamonds, with the same composition and structure as natural diamonds. The two can only be distinguished in a very special way. For example, under the cathodoluminescence instrument, the growth texture of the former is geometric, and the latter is annular. Since 2006, GIA and other jewelry institutions have started to provide identification services and issue certificates, mainly to prevent merchants from selling synthetic diamonds with lower prices as natural diamonds. In the past, researchers in the diamond industry have been looking for efficient synthetic methods of artificial diamonds, but there has been no breakthrough. The two main obstacles come from cost and production factors. After decades of research, the technology of synthesizing large diamond single crystals by ultra-high pressure and high temperature method under the condition of static catalyst has been mature. China has made rapid development in the technical development and application of synthetic diamond large single crystal synthesized by ultra-high pressure and high temperature method and synthetic diamond synthesized by microwave plasma CVD method. Synthetic diamond jewelry has been sold in the market and has begun to take shape.

3. Główne zastosowania CBN

CBN ma wyjątkowe zalety w porównaniu z diamentem, takie jak wysoka stabilność termiczna i obojętność chemiczna z pierwiastkami z grupy żelaza.

Obecnie CBN jest stosowany głównie w dwóch aspektach: jednym jest produkcja narzędzi ściernych, a drugim jest wytwarzanie polikrystalicznego regularnego azotku boru jako materiału narzędziowego. Dlatego CBN jest wyjątkowy w przetwarzaniu materiałów żelaznych, co zapewnia nowe narzędzie do obróbki twardych i trudnych w obróbce materiałów na bazie żelaza.

Używany jako materiał ścierny. Może być stosowany nie tylko do obróbki materiałów na bazie żelaza, ale także do obróbki materiałów z metali nieżelaznych.

Używany jako materiał narzędziowy. Do narzędzi skrawających zwykle stosuje się polikrystaliczny regularny azotek boru. PCBN to mikroproszek przygotowany z monokryształu CBN. Jest przygotowywany przez dodanie węglika tytanu, kobaltu i innych klejów, a następnie spiekanie pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze za pomocą sześciostronnej prasy górnej. Jest szczególnie skuteczny w obróbce metali żelaznych i ich stopów, szczególnie nadaje się do szybkiego cięcia i cięcia na sucho. Realizuje toczenie zamiast szlifowania i frezowanie zamiast szlifowania oraz znacznie poprawia wydajność produkcji.

Używany jako materiał funkcjonalny. Wysoka przewodność cieplna CBN może być stosowana w fotoelektrycznych urządzeniach funkcjonalnych.

Materiał supertwardy to niewielka liczba różnych materiałów, ale jest to materiał niezastąpiony i może stopniowo zastępować niektóre inne materiały.