超硬材料及制品基本知識整理

 

 

　　對于超硬材料的含義至今沒有一個公認為滿意的解釋。1981年國際硬物質科學會議認為，硬度大于1000HV的物質均可稱為硬物質，這就自然包括了金剛石和立方碳化硼。后來對這個定義進行了補充，認為能加工諸如硬質合金（硬度1600—1800HV）、剛玉（—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等這一類物質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，所以統稱為超硬材，具有硬度高、耐磨和熱傳導性能好、熱膨脹系數低等優異性能。

      分為單晶超硬材料和聚晶超硬材料（也稱為“復合超硬材料”）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別為：單晶金剛石/立方氮化硼材料的特點為硬度更高、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劑通過超高壓高溫燒結工藝制成的聚晶復合材料。它的特點是硬度、耐熱性略遜于單晶材料，但是由于聚晶超硬材料是內部結構緊密的金剛石致密體，可以增加工具的切割面積，同時克服了單晶超硬材料由于粘結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、揚聲器振動膜、紅外窗口、X光檢測窗口等，應用領域十分廣泛。國際上從七十年代初開始進行金剛石薄膜的試制并迅速掀起金剛石薄膜研究開發熱潮。我國從八十年代中期開始此項研究，并已列入國家“863計劃”，現已能制備出80mm、厚2mm的金剛石薄膜，并在應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，尚未達到工業化應用階段。有人預計，金剛石薄膜將是21世紀金剛石工業的主要材料，各國科學家都在為使金剛石薄膜產業化而不懈努力。

　　金剛石按用途分為兩類：質優粒大可用作裝飾品的稱寶石級金剛石，質差粒細用于工業的稱工業用金剛石。寶石級金剛石，又稱鉆石，光澤燦爛，晶瑩剔透，被譽為“寶石之王”，價值昂貴，是世界公認的第一貨品，其占有程度和消費水平往往被視為是衡量個人和國家經濟富裕程度的標志。達不到寶石級的金剛石（工業用金剛石），以其超硬性廣泛用于機電、光學、建筑、交通、冶金、地勘、國防等工業領域和現代高、新技術領域。

　　總的來說，復合超硬材料相對于傳統合金材料具有強大的替代性，市場潛力更大，廣泛應用于機械、冶金、地質、石油、煤炭、石材、建筑等傳統領域，電子信息、航天航空、國防等高技術領域以及汽車、家電等新興產業。