Jak sama nazwa wskazuje, materia?y supertwarde to materia?y o niezwykle wysokiej twardo?ci. Ogólnie rzecz bior?c, twardo?? diamentu jest najwy?sza, twardo?? Mohsa wynosi 10, a twardo?? CBN jest nieco ni?sza ni? diamentu. Dlatego materia?y supertwarde zwykle odnosz? si? do diamentu i CBN lub kompozytów wykonanych z tych dwóch materia?ów jako g?ównych sk?adników.

Twardo?? korundu, SiC, w?glika spiekanego i stali szybkotn?cej, czterech rodzajów twardych materia?ów u?ywanych jako ?z?by przemys?owe”, jest znacznie ni?sza ni? diamentu i CBN. Dlatego supertwarde materia?y s? równie? nazywane najtwardszymi i najostrzejszymi ?przemys?owymi z?bami” lub ?królami materia?ów”.

1. Diament

Podobnie jak inne materia?y w?glowe, g?ównym pierwiastkiem chemicznym diamentów jest w?giel. Nie ma znaczenia, czy jest to diament naturalny czy sztuczny diament, bez wzgl?du na to, jaki rodzaj diamentu b?dzie zawiera? wi?cej lub mniej zanieczyszczeń. Diament zazwyczaj zawiera zanieczyszczenia azotowe. W zale?no?ci od ró?nicy zawarto?ci azotu w krysztale diamentu, diament mo?na podzieli? na dwa typy (diament typu I i diament typu II).

W ostatnich latach materia?y w?glowe s? rodzajem bardzo gor?cych materia?ów. XXI wiek znany jest równie? jako ?epoka w?gla”. Materia?y w?glowe s? szeroko stosowane w ró?nych dziedzinach ze wzgl?du na ich doskona?e w?a?ciwo?ci, zw?aszcza w krajowych strategicznych, wschodz?cych ga??ziach przemys?u, takich jak grafen i nanomateria?y w?glowe, w?ókno w?glowe i jego kompozyty, diamentowe folie na bazie w?gla i tradycyjne materia?y w?glowe (sadza, w?giel porowaty, grafit, grafit specjalny itp.) maj? szerokie perspektywy zastosowań w bateriach litowych, kondensatorach, magazynowaniu energii, fotowoltaice, pó?przewodnikach, wy?wietlaczach fotoelektrycznych, komunikacji 5g, czujnikach, lotnictwie ogólnym, transporcie przysz?o?ci, sprz?cie wysokiej klasy i innych dziedzinach

2、cBN

Regularny azotek boru (CBN) jest drug? co do wielko?ci odmian? materia?ów supertwardych. Wzór struktury chemicznej azotku boru to BN, który sk?ada si? z boru i azotu. Azotek boru ma cztery ró?ne struktury krystaliczne, g?ównie heksagonalny azotek boru (hBN), sze?cienny azotek boru (CBN), rombowy azotek boru (RBN) i g?sty sze?ciok?tny azotek boru (WBN). Atomy azotu i boru w hBN i RBN s? hybrydyzowane w SP2, podczas gdy atomy azotu i boru w CBN i WBN s? hybrydyzowane w SP3.

Twardo?? CBN jest nieco ni?sza ni? diamentu, a kolor kryszta?u zale?y od rodzaju i ilo?ci zanieczyszczeń. CBN ma unikalne w?a?ciwo?ci fotoelektryczne. Synteza wielkogabarytowych i wysokiej jako?ci monokryszta?ów CBN jest nieuniknionym wyborem dla zastosowania funkcjonalnych urz?dzeń. Jednak du?y rozmiar kryszta?u CBN jest znacznie mniej skuteczny ni? diament. Mo?e to wynika? z tego, ?e warunki syntezy wielkocz?steczkowego CBN s? bardziej rygorystyczne, a jego zastosowanie nie znalaz?o odpowiedniego pola.

Zastosowanie materia?ów supertwardych

1. Produkty z materia?ów supertwardych

Materia?y supertwarde oraz ich produkty i narz?dzia znalaz?y szerokie zastosowanie w przemy?le. Nie tylko rozwi?zuj? problemy, które nie mog? by? przetworzone lub trudne do przetworzenia tradycyjnymi narz?dziami, ale tak?e znacznie poprawiaj? wydajno?? tradycyjnego przetwarzania oraz znacznie zmniejszaj? zu?ycie i odprowadzanie odpadów.

Kilka produktów i narz?dzi z supertwardych materia?ów (A. ostrze; B. ?ciernica; C. brzeszczot; D. wiert?o)

G?ówne odmiany produktów i narz?dzi z supertwardych materia?ów obejmuj? narz?dzia do pi?owania, materia?y ?cierne (w tym materia?y ?cierne skonsolidowane, materia?y ?cierne nasypowe i materia?y ?cierne luzem), narz?dzia tn?ce, narz?dzia do wiercenia, narz?dzia do wykańczania, matryce do ci?gnienia drutu, inne narz?dzia i ró?ne cz??ci funkcjonalne.

2. Diamenty naturalne i sztuczne

(1) Naturalny diament

Diamenty wydobyte z diamentów naturalnych nazywane s? diamentami naturalnymi. Naturalne diamenty s? jasne, wspania?e, rzadkie i cenne. S? uwa?ane za skarby. Jest reklama, która mówi, ?e ?diament b?dzie trwa? wiecznie, wiecznie”, co jest dobrze znane chińskim kobietom i dzieciom.

Oprócz tego, ?e jest u?ywany jako bi?uteria, naturalny diament jest cz??ciej wykorzystywany w przemy?le. Przemys?owe zastosowanie diamentu od dawna polega na wykorzystywaniu jego szczególnej wysokiej twardo?ci. Diamentowy nó? do ci?cia szk?a przypomina nam, ?e diament s?u?y do przygotowania wierte? do eksploracji geologicznej oraz wydobycia ropy i w?gla. Diament b?dzie utlenia? si? tlenem w ró?nym stopniu w wysokiej temperaturze, szczególnie przy dobrym powinowactwie do ?elaza, wi?c nie nadaje si? do obróbki metali ?elaznych.

(2) sztuczny diament;

Sztuczny diament, znany równie? w bran?y jako laboratoryjny diament syntetyczny lub diament hodowlany. Do obróbki bi?uterii z diamentów syntetycznych u?ywano sztucznych diamentów o du?ych cz?stkach lub pojedynczych kryszta?ach. Diamenty sztuczne to tak?e diamenty prawdziwe, o takim samym sk?adzie i strukturze jak diamenty naturalne. Mo?na je rozró?ni? tylko w bardzo szczególny sposób. Na przyk?ad w instrumencie katodoluminescencyjnym tekstura wzrostu pierwszego jest geometryczna, a drugiego pier?cieniowa. Od 2006 roku GIA i inne instytucje jubilerskie zacz??y ?wiadczy? us?ugi identyfikacyjne i wydawa? certyfikaty, g?ównie po to, aby uniemo?liwi? handlowcom sprzeda? syntetycznych diamentów po ni?szych cenach jako diamentów naturalnych. W przesz?o?ci badacze bran?y diamentowej poszukiwali skutecznych metod syntezy sztucznych diamentów, ale nie uda?o si? dokona? prze?omu. Dwie g?ówne przeszkody wynikaj? z czynników kosztowych i produkcyjnych. Po dziesi?cioleciach badań dojrza?a technologia syntezy du?ych monokryszta?ów diamentu metod? ultrawysokiego ci?nienia i wysokiej temperatury w warunkach katalizatora statycznego. Chiny poczyni?y szybki post?p w rozwoju technicznym i zastosowaniu du?ego monokryszta?u syntetycznego diamentu syntetyzowanego metod? ultrawysokiego ci?nienia i wysokiej temperatury oraz syntetycznego diamentu syntetyzowanego metod? CVD w plazmie mikrofalowej. Bi?uteria z syntetycznych diamentów zosta?a sprzedana na rynku i zacz??a nabiera? kszta?tu.

3. G?ówne zastosowania CBN

CBN ma wyj?tkowe zalety w porównaniu z diamentem, takie jak wysoka stabilno?? termiczna i oboj?tno?? chemiczna z pierwiastkami z grupy ?elaza.

Obecnie CBN jest stosowany g?ównie w dwóch aspektach: jednym jest produkcja narz?dzi ?ciernych, a drugim jest wytwarzanie polikrystalicznego regularnego azotku boru jako materia?u narz?dziowego. Dlatego CBN jest wyj?tkowy w przetwarzaniu materia?ów ?elaznych, co zapewnia nowe narz?dzie do obróbki twardych i trudnych w obróbce materia?ów na bazie ?elaza.

U?ywany jako materia? ?cierny. Mo?e by? stosowany nie tylko do obróbki materia?ów na bazie ?elaza, ale tak?e do obróbki materia?ów z metali nie?elaznych.

U?ywany jako materia? narz?dziowy. Do narz?dzi skrawaj?cych zwykle stosuje si? polikrystaliczny regularny azotek boru. PCBN to mikroproszek przygotowany z monokryszta?u CBN. Jest przygotowywany przez dodanie w?glika tytanu, kobaltu i innych klejów, a nast?pnie spiekanie pod wysokim ci?nieniem i w wysokiej temperaturze za pomoc? sze?ciostronnej prasy górnej. Jest szczególnie skuteczny w obróbce metali ?elaznych i ich stopów, szczególnie nadaje si? do szybkiego ci?cia i ci?cia na sucho. Realizuje toczenie zamiast szlifowania i frezowanie zamiast szlifowania oraz znacznie poprawia wydajno?? produkcji.

U?ywany jako materia? funkcjonalny. Wysoka przewodno?? cieplna CBN mo?e by? stosowana w fotoelektrycznych urz?dzeniach funkcjonalnych.

Materia? supertwardy to niewielka liczba ró?nych materia?ów, ale jest to materia? niezast?piony i mo?e stopniowo zast?powa? niektóre inne materia?y.