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第36章 超硬材料

超硬材料是金刚石和立方氮化硼两种材料的统称。目前,在世界上已知的材料中,金刚石和立方氮化硼是最硬的两种材料。由于它们的硬度大大超出其他材料的数倍,因而人们将这两种材料称为超硬材料。

纯天然的金刚石

金刚石,也称钻石,有天然金刚石和人造金刚石两种。金刚石是目前世界上已知的最硬工业材料,它不仅具有硬度高、耐磨、热稳定性能好等特性,而且以其优秀的抗压强度、散热速率、传声速率、电流阻抗、防蚀能力、透光、低热胀率等物理性能,成为工业应用领域不可替代的新材料,现代工业和科学技术的瑰宝。

人造金刚石是加工业最硬的磨料、电子工业最有效的散热材料、半导体最好的晶片、通讯元器件最高频的滤波器、音响最传真的振动膜、机件最稳定的抗蚀层等等,已经被广泛应用于冶金、石油钻探、建筑工程、机械加工、仪器仪表、电子工业、航空航天以及现代尖端科学领域。

立方氮化硼,目前在自然界还没有找到这种物质的存在,是人工合成的一种超硬材料。

立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。它不但具有金刚石的许多优良特性,而且有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化学惰性。它作为工程材料,已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。同时,它又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能,在一系列高科技领域得到应用,成为一种具有发展前景的功能材料。

立方氮化硼微粉,用在精密磨削、研磨、抛光和超精加工,以达到高精度的加工表面。适用于树脂、金属、陶瓷等结合剂体系,亦可用于生产聚晶复合片烧结体,还可用作松散磨粒、研磨膏。

黑色立方氮化硼由于具有优异的化学物理性能,如具有仅次于金刚石的高硬度、高热稳定性和化学惰性,作为超硬磨料在不同行业的加工领域获得广泛的应用,现在更是成为汽车、航天航空、机械电子、微电子等工业不可或缺的重要材料,因而也得到各工业发达国家的极大重视。

人造金刚石聚晶复合片是在高温高压情况下由许多细晶粒金刚石和硬质合金衬底联合少结而成的块状聚结体。它和立方氮化硼聚晶刀一样具有高强度、高硬度、高耐磨性、特别是具有高的抗冲击韧性。作为加工工具,人造金刚石聚晶复合片主要用于石油、冶金、地质钻头、扩孔器等,其钻进速度及时效均为天然金刚石的许多倍,同时钻进过程中还可以有效保持孔径。人造金刚石复合片还可以用来切削非铁金属及其合金、硬质合金以及非金属材料。切削速度为硬质合金刀具的上百倍,耐用度为硬质合金的上千倍。

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