随着社会的发展和科技的进步,突破现有超硬材料的局限,寻找高性能的新型超硬材料已成为一种必然的趋势。编辑部汇总了近期发表在我们杂志上的新型超硬材料的相关文章,推送给广大读者。
1、大尺寸纯相多晶金刚石
现代机械加工技术的飞速发展,对加工工具的强度、精度和寿命提出了更高的要求。虽然单晶金刚石及其制品以优异的性能在现代制造业中发挥了重要的作用,但单晶金刚石各向异性、易沿(111)晶面解理的特点,导致单晶金刚石工具的断裂韧性不足。而纳米多晶金刚石(nanopolycrystalline diamond,NPD)的硬度高于单晶金刚石且宏观表现为各向同性,被视为新一代超硬材料。
王海阔等探索了在超高压高温条件下采用直接转化法合成大尺寸多晶金刚石的技术,解决了合成NPD破碎问题,进而开发出大尺寸纳米多晶金刚石的合成工艺。纳米多晶金刚石以硬度更高且各向同性的优异性能,在机械加工领域表现出非常广阔的应用前景。依托相关技术更大尺寸的NPD将很快面世,NPD的应用领域拓展和对纳米多晶金刚石的加工将成为研究的热点。
王海阔,张相法,位星,等.直接转化法合成大尺寸纯相多晶金刚石 [J]. 金刚石与磨料磨具工程,2018,38(1): 1-6.
WANG Haikuo,ZHANG Xiangfa,WEI Xing,et al. Synthesizing bulk polycrystalline diamond by method of direct phase transition [J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2018, 38(1): 1-6.
2、新型无黏结剂纳米金刚石聚晶
传统多晶金刚石聚晶(polycrystalline diamond,PCD)已在机械加工和矿物勘探等领域广泛应用,但其所使用的结合剂或烧结助剂严重弱化PCD性能,限制其应用。新型无黏结剂纳米金刚石聚晶(nano polycrystalline diamond,NPD)具有细小的晶粒尺寸和高强度的金刚石晶粒界面,其性能已全面超越传统的PCD和金刚石单晶,在硬质材料高精加工等领域有巨大的优势和广阔的前景。
唐虎等介绍了使用不同的碳前驱物在高温高压下制备NPD的方法和技术,其中重点介绍了石墨和碳纳米葱(carbononions)在高温高压下直接转变成NPD的技术,为进一步研究及应用提供了参考。
唐虎,王明智,康宁,等.纳米金刚石聚晶的合成与性能综述[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2018, 38(1):7-15,27.
TANG Hu, WANG Mingzhi, KANG Ning, et al. Synthesis and performance of nano-polycrystalline diamond [J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2018, 38(1): 7-15, 27.
3、新型金刚石复合材料PCBN–dia
传统金刚石复合材料在切削、研磨坚硬天然材料或人工建筑材料以及钻进深孔坚硬地层过程中,常出现金刚石复合材料的胎体部分磨耗过快而导致金刚石脱落的现象,使工具失效、使用效率降低。为提高坚硬材料加工效率和深孔坚硬地层的钻进效率,研制一种高性能的胎体材料势在必行。
刘宝昌等以立方氮化硼为基体,金刚石为填充料,添加适量的黏结剂,在一定条件下制备出一种新型金刚石复合材料PCBN–dia。而 PCBN–dia复合材料具有较高的耐磨性,使金刚石不会过早脱落而导致工具失效,延长了其使用寿命。
刘宝昌,曹鑫,孟庆南,等.PCBN基体孕镶金刚石复合材料的制备与性能研究[J].金刚石与磨料磨具工程,2018, 38(5):21-27.
LIU Baochang, CAO Xin, MENG Qingnan, et al. Preparation and property study on PCBN carcass implanted diamond composites [J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2018, 38(5): 21-27.
4、硼及其协同掺杂金刚石材料
金刚石半导体拥有宽的电势窗口、低的背景电流和良好的吸附特性等,但用高温高压法生产的金刚石半导体材料成本高、周期长、工艺过程难控制,且在尺寸上难以有较大突破,使得金刚石半导体的优良性能很难在切削刀具、电子及应用化学等领域广泛应用。
王志伟等介绍了硼及其协同掺杂金刚石块体材料的研究现状,综述了掺杂对金刚石的形貌、结构及性能的影响,阐明了制备过程中影响掺杂金刚石质量的因素,展望了硼及其协同掺杂金刚石块体材料的应用前景。
并且研究了硼及其协同掺杂金刚石薄膜的制备方法、结构特点以及微观形貌。研究表明:硼及其协同掺杂金刚石薄膜弥补了高温高压法制备的相应材料尺寸限制,突破了n型半导体研究的瓶颈,可实现多种表面的功能化修饰,构建出多种特殊形貌的薄膜等,而应用在电学、光学、热学等诸多领域。
王志伟,邹芹,李艳国, 等. 硼及其协同掺杂金刚石块体的研究进展 [J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2019, 39(6):99-106.
WANG Zhiwei, ZOU Qin, LI Yanguo, et al. Development of boron and its synergistic doped diamond blocks [J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2019, 39(6): 99-106.王志伟,邹芹,李艳国, 等. 硼及其协同掺杂金刚石薄膜的研究 [J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2019, 39(4): 1-8.WANG Zhiwei, ZOU Qin, LI Yanguo, et al. Study on boron and its co-doped diamond films [J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2019, 39(4): 1-8.