Материалы высокой твердости

Сверхтвердые материалы

Самым твердым и известным из природных минералов является алмаз. Его твердость в 4-5 раз превышает твердость корунда и прочих твердых сплавов. Существуют материалы, твердость которых больше, чем у алмаза – это ультратвердые материалы. К таким материалам относятся фуллериты, показатель твердости которых 150-300 гектопаскаль. В Китае сравнительно недавно в результате экспериментов с различными структурами атомов углерода было изобретено сверхпрочное стекло. Углеродные соединения с фуллереновой структурой подвергались сначала давлению 25 гектопаскаль, а затем нагреву до температуры 1000 - 1200 градусов по Цельсию. В Соединенных Штатах Америки был изобретен сплав титана с золотом, который сейчас используется для изготовления медицинских имплантатов. Данный сплав в четыре раза прочнее чистого титана. Самыми распространенными сверхтвердыми материалами, использующимися в различных областях промышленности являются:

• электрокорунд,
• оксид циркония,
• победит,
• карбид бора,
• карбид кремния,
• боразон,
• алмаз,
• диборид рения.

Очень часто сверхтвердые материалы используются как материалы для абразивной обработки.

Поликристаллы и электрокорунд

В основе изготовления поликристаллов лежат два различных процесса. Первый из них заключается в фазовом переходе вещества из одного состояния в другое (синтез), а второй в спекании мелких частиц синтезированного порошка поликристаллических сверхтвердых материалов. В Российской Федерации первым способом получают поликристаллический кубический нитрид бора.

Поликристаллические сверхтвердые материалы классифицируются по определенным признакам: состав, способ получения, основы поликристаллов, характеристики исходного материала. Все поликристаллические сверхтвердые материалы можно разделить на четыре основные группы:

1. Поликристаллы на основе синтетического алмаза. К данной группе поликристаллов относятся поликристаллы, которые получают в результате спекания мелких алмазных порошков в чистом виде или после специальной предварительной обработки; поликристаллы алмаза тип СВ, представляющие собой гетерогенный композит из частиц алмаза скрепленных связкой; синтетические карбонады типа АСПК, которые получают посредством воздействия на углеродсодержащее вещество с существенным содержанием катализатора высоким давлением и температурой (одновременно); поликристаллы алмаза, получаемые в результате пропитки алмазного порошка металлическим связующим.
2. Поликристаллические сверхтвердые материалы на основе нитрида бора. К данной группе поликристаллов относятся: поликристаллы, которые синтезируются из гексагонального нитрида бора; поликристаллы, которые получают в результате прямого перехода гексагональной модификации в кубическую; поликристаллы, которые являются результатом превращения вирцютоподобной модификации в кубическую; поликристаллы, которые получают посредством спекания порошков кубического нитрида бора.
3. Композиционные сверхтвердые материалы. К данной группе поликристаллов относятся материалы, которые получают в результате спекания смеси порошков кубического нитрида бора и синтетического алмаза, а также материалы, содержащие частицы алмаза на основе твердых сплавов.
4. Двухслойные сверхтвердые композиционные материалы. К данной группе поликристаллов относятся материалы, получаемые в результате спекания порошков сверхтвердых материалов при высоких давлении и температуры на подложке из твердых сплавов, основой которых могут быть титан, тантал или карбид вольфрама.

Электрокорунд представляет собой синтезированный синтетический корунд, который получается в результате плавки в печи боксита с восстановителем и осадителем. В качестве восстановителя могут быть использованы нефтяной кокс или антрацит, а в качестве осадителя железные опилки. Используется электрокорунд как абразивный или огнеупорный материал при изготовлении абразивных кругов, конструктивных элементов радиоламп, литейных форм и т.п.