超硬材料的性能與應用

超硬材料的性能與應用

超硬材料的簡介：

      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，但是還是許多超硬材料正在研發中，如碳化硼，富硼氧化物等。  金剛石包括天然金剛石和人造金剛石，天然金剛石是目前世界上最硬的工業材料，它具有硬度高、耐磨損、熱穩定性能好等特性，人造金剛石是加工業最硬的磨料，電子工業最有效的散熱材料，半導體的晶片等，已經被廣泛應用于冶金、石油鉆探、建筑工程、機械加工、電子工業、航空航天以及現代尖端科學領域。立方氮化硼CBN是硬度僅次于金剛石的材料，但是目前并未發現天然立方氮化硼的存在，工業和日常生活中使用的都是人造的。它具有與金剛石的許多特性相比擬的特點，同時也具有更高的熱穩定性和對鐵族金屬及其合金的化學惰性。它作為工程材料，已經廣泛應用于黑色金屬及其合金材料加工工業。同時，它又具有優異的熱學、電學、光學和聲學等性能，在一系列高科技領域得到應用，成為一種具有發展前景的功能材料。

超硬材料的性能 ：

      1.結構組成：金剛石是碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無限的 三維骨架，是典型的原子晶體。每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由于C-C鍵很強，所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鉆石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。氮化硼是立方結構。

      2.力學性能：金剛石是目前地球上最硬的物質，莫氏硬度為10。新摩氏硬度15，顯微硬度10000kg/mm2。金剛石硬度具有方向性，八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。金剛石具有極大的彈性模量，是自然界的磨削材料，彈性模量達90000kg/mm。摩擦系數小，有極高的抗磨能力，因此在金剛石選礦中利用這一特性，采用球磨機、錐形磨礦機來分離金剛石。但金剛石極脆，不能承受正向的外力撞擊。硬度高、耐磨性好。

      3.熱學性能：熔點：金剛石熔點達4000℃，在空氣中燃燒溫度為850~1000℃，在純氧中720~800℃燃燒，金剛石發出淺藍色火焰，并轉化成二氧化碳。但Ⅱa型金剛石的熱導率特別高，在液氮溫度下為銅的25倍，并隨溫度的升高而急劇下降。低溫時熱膨脹系數極小，隨溫度的升高，熱膨脹系數迅速增大。立方氮化硼在1370o以上才開始由立方晶體向六方晶體轉化；在1000oC的高溫下切削，其表面不會產生氧化，高溫下硬度降低程度也比硬質合金和陶瓷刀片小的多，這就為高速切削創造了條件。導熱系數為79.54w/m,k，僅次于金剛石，隨溫度提高，導熱系數逐漸增大，有利于散熱。

      4.磁電性能：金剛石為無磁性重部分礦物因此在選礦中不能采用電磁選(中磁性、弱磁性)方法。某些情況下由于含有磁性包裹體而顯示一定磁性。

      5.光學性能：偏光性：絕大多數金剛石在偏光下顯示非均性，金剛石屬等軸晶系礦物，理論上應為均質性，但由金剛石形成于壓力變化的地質體中，由于應力作用使金剛石晶體內結構產生局部錯位，因而顯示不均勻的非均質性。

超硬材料的應用：

      1.CBN磨削刀具  CBN磨具與普通磨具相比，具有磨削鋒利、耐磨性好、加工效率高、加工表面質量優、加工精度高、使用壽命長、單位加工成本低、節能和改善環境等優點。