超硬材料及制品基本知識(shí)整理

 

 

　　對(duì)于超硬材料的含義至今沒(méi)有一個(gè)公認(rèn)為滿意的解釋。1981年國(guó)際硬物質(zhì)科學(xué)會(huì)議認(rèn)為，硬度大于1000HV的物質(zhì)均可稱為硬物質(zhì)，這就自然包括了金剛石和立方碳化硼。后來(lái)對(duì)這個(gè)定義進(jìn)行了補(bǔ)充，認(rèn)為能加工諸如硬質(zhì)合金（硬度1600—1800HV）、剛玉（—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等這一類物質(zhì)的材料稱為超硬材料。目前由于金剛石和立方氮化硼等材料有其極高的硬度，所以統(tǒng)稱為超硬材，具有硬度高、耐磨和熱傳導(dǎo)性能好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異性能。

      分為單晶超硬材料和聚晶超硬材料（也稱為“復(fù)合超硬材料”）及金剛石薄膜三類。

　　單晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要區(qū)別為：?jiǎn)尉Ы饎偸?立方氮化硼材料的特點(diǎn)為硬度更高、耐熱性更好，但尺寸較小，多用于制造鋸片等切割工具；聚晶金剛石/立方氮化硼是指以金剛石和立方氮化硼微粉等單晶超硬材料為主要原料，添加金屬或非金屬粘結(jié)劑通過(guò)超高壓高溫?zé)�結(jié)工藝制成的聚晶復(fù)合材料。它的特點(diǎn)是硬度、耐熱性略遜于單晶材料，但是由于聚晶超硬材料是內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密的金剛石致密體，可以增加工具的切割面積，同時(shí)克服了單晶超硬材料由于粘結(jié)面積小造成的輕易從鋸片表面脫落的弊端，具有更高的耐磨性。

　　金剛石薄膜是用化學(xué)氣相沉積（CVD）法或其它方法在非金剛石襯底上制備出的超硬薄膜。它不僅可用于制作各種金剛石刀具，還可作為功能材料用于制作聲傳感器、揚(yáng)聲器振動(dòng)膜、紅外窗口、X光檢測(cè)窗口等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。國(guó)際上從七十年代初開(kāi)始進(jìn)行金剛石薄膜的試制并迅速掀起金剛石薄膜研究開(kāi)發(fā)熱潮。我國(guó)從八十年代中期開(kāi)始此項(xiàng)研究，并已列入國(guó)家“863計(jì)劃”，現(xiàn)已能制備出80mm、厚2mm的金剛石薄膜，并在應(yīng)用研究方面取得了不少成果，但目前總體上仍處于研制階段，尚未達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用階段。有人預(yù)計(jì)，金剛石薄膜將是21世紀(jì)金剛石工業(yè)的主要材料，各國(guó)科學(xué)家都在為使金剛石薄膜產(chǎn)業(yè)化而不懈努力。

　　金剛石按用途分為兩類：質(zhì)優(yōu)粒大可用作裝飾品的稱寶石級(jí)金剛石，質(zhì)差粒細(xì)用于工業(yè)的稱工業(yè)用金剛石。寶石級(jí)金剛石，又稱鉆石，光澤燦爛，晶瑩剔透，被譽(yù)為“寶石之王”，價(jià)值昂貴，是世界公認(rèn)的第一貨品，其占有程度和消費(fèi)水平往往被視為是衡量個(gè)人和國(guó)家經(jīng)濟(jì)富裕程度的標(biāo)志。達(dá)不到寶石級(jí)的金剛石（工業(yè)用金剛石），以其超硬性廣泛用于機(jī)電、光學(xué)、建筑、交通、冶金、地勘、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域和現(xiàn)代高、新技術(shù)領(lǐng)域。

　　總的來(lái)說(shuō)，復(fù)合超硬材料相對(duì)于傳統(tǒng)合金材料具有強(qiáng)大的替代性，市場(chǎng)潛力更大，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、地質(zhì)、石油、煤炭、石材、建筑等傳統(tǒng)領(lǐng)域，電子信息、航天航空、國(guó)防等高技術(shù)領(lǐng)域以及汽車、家電等新興產(chǎn)業(yè)。