Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei superharten Materialien um Materialien mit extrem hoher Härte. Im Allgemeinen hat Diamant mit einer Mohs-Härte von 10 die höchste Härte, und cBN ist etwas niedriger als Diamant, daher beziehen sich superharte Materialien normalerweise auf Diamant und cBN oder Verbundmaterialien aus diesen beiden Materialien als Hauptkomponenten. Die Härte der vier Arten harter Materialien, die als „Industriezähne“ verwendet werden, Korund, SiC, Hartmetall und Schnellarbeitsstahl, ist viel geringer als die Härte von Diamant und cBN, daher werden superharte Materialien auch als die härtesten und schärfsten bezeichnet „Industriezähne“ oder „König der Materialien“. Struktur und Eigenschaften superharter Materialien 1. Struktur und Eigenschaften von Diamant Wie bei anderen Kohlenstoffmaterialien ist auch bei Diamant das chemische Hauptelement Kohlenstoff. Ob es sich um einen natürlichen Diamanten oder einen künstlichen Diamanten handelt, egal um welche Art von Diamant es sich handelt, er enthält mehr oder weniger Verunreinigungen. Diamant enthält im Allgemeinen Stickstoffverunreinigungen. Entsprechend dem Unterschied im Stickstoffgehalt im Diamantkristall kann Diamant in zwei Typen unterteilt werden (Diamant vom Typ I und Diamant vom Typ II).
Klassifizierung von Diamanten
Diamant-Hybrid-Orbital-Elektronenwolkenverteilung, Atomstruktur und Elementarzellenstruktur
Kohlenstoffmaterialien sind in den letzten Jahren eine Materialart mit einem sehr heißen Forschungsthema. Das 21. Jahrhundert wird auch als „Kohlenstoffzeitalter“ bezeichnet. Kohlenstoffmaterialien werden aufgrund ihrer herausragenden Leistung in verschiedenen Bereichen häufig eingesetzt, insbesondere bei der Anwendung in aufstrebenden nationalen strategischen Industrien. Graphen- und Kohlenstoff-Nanomaterialien, Kohlenstofffasern und ihre Verbundmaterialien, Diamanten, kohlenstoffbasierte Filme und traditionelle Kohlenstoffmaterialien (Ruß, poröser Kohlenstoff, Graphit, Spezialgraphit usw.) haben breite Anwendungsaussichten in Lithiumbatterien, Kondensatoren, Energiespeichern, Photovoltaik, Halbleiter, optoelektronische Displays, 5G-Kommunikation, Sensoren, allgemeine Luftfahrt, zukünftige Transportmittel, High-End-Ausrüstung und andere Bereiche.
2. Struktur und Eigenschaften von cBN
Kubisches Bornitrid (cBN) ist die zweitgrößte Sorte superharter Materialien. Die chemische Struktur von Bornitrid ist BN, das aus zwei Elementen besteht: Bor und Stickstoff. Bornitrid hat vier verschiedene Kristallstrukturen, hauptsächlich hexagonales Bornitrid (hBN), kubisches Bornitrid (cBN), rhomboedrisches Bornitrid (rBN) und dichtes hexagonales Bornitrid (wBN). In hBN und rBN werden Stickstoffatome und Boratome im SP2-Modus hybridisiert, während in cBN und wBN Stickstoffatome und Boratome im SP3-Modus hybridisiert werden.
Mehrere verschiedene Marken von cBN-Einkristallen eines bestimmten Unternehmens (von der Website des Unternehmens). Die Härte von cBN ist etwas geringer als die von Diamant und die Farbe ist vielfältig. Die Farbe des Kristalls hängt von der Art und Menge der enthaltenen Verunreinigungen ab. cBN verfügt über einzigartige optoelektronische Eigenschaften. Die Synthese großer, hochwertiger cBN-Einkristalle ist eine unumgängliche Wahl, um funktionelle Geräteanwendungen zu erhalten. Allerdings sind die großen cBN-Kristalle weitaus weniger erfolgreich als Diamanten. Dies kann daran liegen, dass die Bedingungen für die Synthese von großkörnigem cBN strenger sind und seine Anwendung kein geeignetes Feld gefunden hat. Anwendung superharter Materialien 1. Haupttypen von superharten Materialprodukten Superharte Materialien und ihre Produkte und Werkzeuge werden in der Industrie häufig verwendet. Sie lösen nicht nur das Problem, dass herkömmliche Werkzeuge die Verarbeitung nicht oder nur schwer verarbeiten können, sondern verbessern auch die Effizienz der herkömmlichen Verarbeitung erheblich und reduzieren den Verbrauch und die Abfallemissionen erheblich. Mehrere Produkte und Werkzeuge aus superharten Materialien (a. Klingen; b. Schleifscheiben; c. Sägeblätter; d. Bohrer). Zu den Haupttypen von Produkten und Werkzeugen aus superharten Materialien gehören Sägewerkzeuge, Schleifmittel (einschließlich gebundener Schleifmittel, beschichteter Schleifmittel und loser Schleifmittel). ), Schneidwerkzeuge, Bohrwerkzeuge, Abrichtwerkzeuge, Drahtziehsteine, andere Werkzeuge und verschiedene Funktionskomponenten. 2. Natürliche Diamanten und künstliche Diamanten (1) Natürliche Diamanten Aus natürlichen Diamanten gewonnene Diamanten werden als natürliche Diamanten bezeichnet. Natürliche Diamanten sind leuchtend, wunderschön, selten und kostbar und werden von den Menschen als geschätzt angesehen. Es gibt einen Werbeslogan „Diamanten sind für die Ewigkeit, und ein Diamant wird für immer währen“, den jeder in meinem Land kennt. Naturdiamanten werden nicht nur als Schmuck, sondern auch häufiger in der Industrie verwendet. Die industrielle Nutzung von Diamanten basiert seit langem auf ihrer extrem hohen Härte. Diamantmesser zum Schneiden von Glas erinnern uns an die Verwendung von Diamanten zur Herstellung von Bohrern für die geologische Erkundung sowie den Öl- und Kohlebergbau. Diamanten unterliegen bei hohen Temperaturen unterschiedlich starken Oxidationsreaktionen mit Sauerstoff, insbesondere mit Eisen, und sind für die Verarbeitung von Eisenmetallen nicht geeignet. (2) Künstliche Diamanten Künstliche Diamanten werden in der Industrie oft als im Labor gezüchtete Diamanten oder gezüchtete Diamanten bezeichnet. Große Partikel oder große Einkristalle künstlicher Diamanten wurden zur Verarbeitung von synthetischem Diamantschmuck verwendet. Künstliche Diamanten sind ebenfalls echte Diamanten und haben die gleiche Zusammensetzung und Struktur wie natürliche Diamanten. Die beiden können nur durch sehr spezielle Methoden unterschieden werden, beispielsweise unter einem Kathodenluminometer ist die Wachstumstextur des ersteren geometrisch, während der letztere ringförmig ist. Seit 2006 bieten Schmuckinstitute wie GIA Identifizierungsdienste an und stellen Zertifikate aus, hauptsächlich um Händler davon abzuhalten, preisgünstigere synthetische Diamanten als natürliche Diamanten zu verkaufen. In der Vergangenheit haben Forscher in der Diamantenindustrie nach Möglichkeiten gesucht, künstliche Diamanten effizient zu synthetisieren, doch es gelang ihnen kein Durchbruch. Die beiden Haupthindernisse sind Kosten- und Produktionsfaktoren. Nach jahrzehntelanger Forschung ist die Technologie zur Synthese großer Einkristalldiamanten durch Ultrahochdruck- und Hochtemperaturverfahren unter statischen Katalysatorbedingungen ausgereift. Mein Land hat schnelle Fortschritte bei der Entwicklung und Anwendung großer künstlicher Einkristalldiamanten gemacht, die durch Ultrahochdruck- und Hochtemperaturverfahren synthetisiert werden, sowie bei der Technologie zur Synthese künstlicher Diamanten durch Mikrowellenplasma-CVD-Verfahren. Schmuck aus synthetischen Diamanten wurde auf dem Markt verkauft und nimmt langsam Gestalt an. 3. Hauptanwendungen von cBN Im Vergleich zu Diamant weist cBN einzigartige Vorteile auf, wie z. B. eine hohe thermische Stabilität und chemische Inertheit gegenüber Elementen der Eisenfamilie. Derzeit gibt es zwei Hauptanwendungen von cBN: zum einen zur Herstellung von Schleifwerkzeugen und zum anderen zur Herstellung von polykristallinem kubischem Bornitrid als Werkzeugmaterial. Daher verfügt cBN über einzigartige Eigenschaften bei der Verarbeitung von Eisenmetallmaterialien und bietet neue Verarbeitungswerkzeuge für harte und zähe Materialien auf Eisenbasis, die schwer zu verarbeiten sind. Die Hauptanwendungen von cBN sind folgende: (1) Verwendung als Schleifwerkzeugmaterial. Es können sowohl eisenbasierte Werkstoffe als auch Nichteisenmetallwerkstoffe bearbeitet werden. (2) Wird als Werkzeugmaterial verwendet. Das für Schneidwerkzeuge verwendete Material ist im Allgemeinen polykristallines kubisches Bornitrid. PcBN ist ein Mikropulver, das aus cBN-Einkristallen hergestellt wird. Es wird durch Zugabe von Titankarbid, Kobalt und anderen Klebstoffen hergestellt und anschließend unter hohem Druck und hoher Temperatur mit einer sechsseitigen Oberpresse gesintert. Es ist besonders effektiv bei der Bearbeitung von Eisenmetallen und deren Legierungen und eignet sich besonders für das Hochgeschwindigkeitsschneiden und Trockenschneiden. Es kann auch das Schleifen durch Drehen und Fräsen ersetzen und so die Produktionseffizienz erheblich verbessern.
(3) Wird als Funktionsmaterial verwendet. cBN mit hoher Wärmeleitfähigkeit kann in optoelektronischen Funktionsgeräten verwendet werden. Superharte Materialien sind eine kleine Vielfalt unter vielen verschiedenen Materialien, aber sie sind ein unersetzliches Material und können nach und nach einige andere Materialien ersetzen.
