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

Podobnie jak inne materiały węglowe, głównym pierwiastkiem chemicznym diamentów jest węgiel. Nie ma znaczenia, czy jest to diament naturalny czy sztuczny diament, bez względu na to, jaki rodzaj diamentu będzie zawierał więcej lub mniej zanieczyszczeń. Diament zazwyczaj zawiera zanieczyszczenia azotowe. W zależności od różnicy zawartości azotu w krysztale diamentu, diament można podzielić na dwa typy (diament typu I i diament typu II).

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

Regularny azotek boru (CBN) jest drugą co do wielkości odmianą materiałów supertwardych. Wzór struktury chemicznej azotku boru to BN, który składa się z boru i azotu. Azotek boru ma cztery różne struktury krystaliczne, głównie heksagonalny azotek boru (hBN), sześcienny azotek boru (CBN), rombowy azotek boru (RBN) i gęsty sześciokątny azotek boru (WBN). Atomy azotu i boru w hBN i RBN są hybrydyzowane w SP2, podczas gdy atomy azotu i boru w CBN i WBN są hybrydyzowane w 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;

Sztuczny diament, znany również w branży jako laboratoryjny diament syntetyczny lub diament hodowlany. Do obróbki biżuterii z diamentów syntetycznych używano sztucznych diamentów o dużych cząstkach lub pojedynczych kryształach. Diamenty sztuczne to także diamenty prawdziwe, o takim samym składzie i strukturze jak diamenty naturalne. Można je rozróżnić tylko w bardzo szczególny sposób. Na przykład w instrumencie katodoluminescencyjnym tekstura wzrostu pierwszego jest geometryczna, a drugiego pierścieniowa. Od 2006 roku GIA i inne instytucje jubilerskie zaczęły świadczyć usługi identyfikacyjne i wydawać certyfikaty, głównie po to, aby uniemożliwić handlowcom sprzedaż syntetycznych diamentów po niższych cenach jako diamentów naturalnych. W przeszłości badacze branży diamentowej poszukiwali skutecznych metod syntezy sztucznych diamentów, ale nie udało się dokonać przełomu. Dwie główne przeszkody wynikają z czynników kosztowych i produkcyjnych. Po dziesięcioleciach badań dojrzała technologia syntezy dużych monokryształów diamentu metodą ultrawysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury w warunkach katalizatora statycznego. Chiny poczyniły szybki postęp w rozwoju technicznym i zastosowaniu dużego monokryształu syntetycznego diamentu syntetyzowanego metodą ultrawysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury oraz syntetycznego diamentu syntetyzowanego metodą CVD w plazmie mikrofalowej. Biżuteria z syntetycznych diamentów została sprzedana na rynku i zaczęła nabierać kształtu.

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.