Como o nome indica, materiais superduros são materiais com dureza extremamente alta. De modo geral, o diamante tem a maior dureza, com uma dureza Mohs de 10, e o cBN é ligeiramente inferior ao diamante, portanto, os materiais superduros geralmente se referem ao diamante e ao cBN, ou materiais compósitos feitos desses dois materiais como componentes principais. A dureza dos quatro tipos de materiais duros usados como "dentes industriais", corindo, SiC, metal duro e aço rápido, é muito inferior à dureza do diamante e do cBN, portanto, os materiais superduros também são chamados de mais duros e afiados. “dentes industriais” ou “rei dos materiais”. Estrutura e propriedades dos materiais superduros 1. Estrutura e propriedades do diamante Como outros materiais de carbono, o principal elemento químico da composição do diamante é o carbono. Quer se trate de diamante natural ou artificial, não importa o tipo de diamante, ele conterá mais ou menos impurezas. O diamante geralmente contém impurezas de nitrogênio. De acordo com a diferença no teor de nitrogênio no cristal de diamante, o diamante pode ser dividido em dois tipos (diamante tipo I e diamante tipo II).
Classificação do diamante
Distribuição de nuvem eletrônica orbital híbrida de diamante, estrutura atômica e estrutura de célula unitária
Nos últimos anos, os materiais de carbono são um tipo de material com um tema de pesquisa muito quente. O século 21 também é conhecido como a “Idade do Carbono”. Os materiais de carbono são amplamente utilizados em diversos campos devido ao seu excelente desempenho, especialmente na aplicação de indústrias emergentes estratégicas nacionais. Nanomateriais de grafeno e carbono, fibras de carbono e seus materiais compósitos, diamantes, filmes à base de carbono e materiais de carbono tradicionais (negro de fumo, carbono poroso, grafite, grafite especial, etc.) têm amplas perspectivas de aplicação em baterias de lítio, capacitores, armazenamento de energia, energia fotovoltaica, semicondutores, displays optoeletrônicos, comunicações 5G, sensores, aviação geral, transporte futuro, equipamentos de última geração e outros campos.
2. Estrutura e propriedades do cBN
O nitreto cúbico de boro (cBN) é a segunda maior variedade de materiais superduros. A estrutura química do nitreto de boro é BN, que é composto por dois elementos: boro e nitrogênio. O nitreto de boro tem quatro estruturas cristalinas diferentes, principalmente nitreto de boro hexagonal (hBN), nitreto de boro cúbico (cBN), nitreto de boro romboédrico (rBN) e nitreto de boro hexagonal denso (wBN). Em hBN e rBN, átomos de nitrogênio e átomos de boro são hibridizados no modo SP2, enquanto em cBN e wBN, átomos de nitrogênio e átomos de boro são hibridizados no modo SP3.
Várias marcas diferentes de monocristais de cBN de uma determinada empresa (no site da empresa) A dureza do cBN é ligeiramente inferior à do diamante e a cor é diversa. A cor do cristal está relacionada ao tipo e quantidade de impurezas contidas. cBN possui propriedades optoeletrônicas únicas. A síntese de monocristais de cBN de grande porte e alta qualidade é uma escolha inevitável para a obtenção de aplicações de dispositivos funcionais. No entanto, os cristais de cBN de grande porte têm muito menos sucesso que os diamantes. Isso pode ocorrer porque as condições para sintetizar cBN de granulação grande são mais rigorosas e sua aplicação não encontrou um campo adequado. Aplicação de materiais superduros 1. Principais tipos de produtos de materiais superduros Os materiais superduros e seus produtos e ferramentas têm sido amplamente utilizados na indústria. Eles não apenas resolvem o problema de que as ferramentas tradicionais não conseguem processar ou são difíceis de processar, mas também melhoram significativamente a eficiência do processamento tradicional e reduzem significativamente o consumo e as emissões de resíduos. Vários produtos e ferramentas de materiais superduros (a. Lâminas; b. Rebolos; c. Lâminas de serra; d. Brocas) Os principais tipos de produtos e ferramentas de materiais superduros incluem ferramentas de serra, abrasivos (incluindo abrasivos aglomerados, abrasivos revestidos e abrasivos soltos ), ferramentas de corte, ferramentas de perfuração, ferramentas de dressagem, matrizes de trefilação, outras ferramentas e diversos componentes funcionais. 2. Diamantes naturais e diamantes artificiais (1) Diamantes naturais Os diamantes obtidos a partir de diamantes naturais são chamados de diamantes naturais. Os diamantes naturais são brilhantes, lindos, raros e preciosos e são considerados preciosos pelas pessoas. Existe um slogan publicitário “Os diamantes são para sempre e um diamante durará para sempre” que é conhecido por todos no meu país. Além de serem usados como joias, os diamantes naturais são mais utilizados na indústria. O uso industrial de diamantes há muito se baseia em sua dureza extremamente elevada. As facas diamantadas para corte de vidro nos lembram do uso de diamantes para fazer brocas para exploração geológica e mineração de petróleo e carvão. Os diamantes sofrem vários graus de reações de oxidação com oxigênio em altas temperaturas, especialmente com ferro, e não são adequados para processamento de metais ferrosos. (2) Diamantes artificiais Os diamantes artificiais são frequentemente chamados de diamantes cultivados em laboratório ou diamantes cultivados na indústria. Grandes partículas ou grandes cristais únicos de diamantes artificiais têm sido usados para processar joias com diamantes sintéticos. Os diamantes artificiais também são diamantes reais, com a mesma composição e estrutura dos diamantes naturais. Os dois só podem ser distinguidos por métodos muito especiais, como sob um luminômetro catódico, a textura de crescimento do primeiro é geométrica, enquanto o último é em forma de anel. Desde 2006, instituições joalheiras como a GIA começaram a fornecer serviços de identificação e a emitir certificados, principalmente para evitar que os comerciantes vendam diamantes sintéticos a preços mais baixos como diamantes naturais. No passado, os pesquisadores da indústria de diamantes procuraram maneiras de sintetizar diamantes artificiais de maneira eficiente, mas não houve nenhum avanço. Os dois principais obstáculos advêm de factores de custo e de produção. Após décadas de pesquisa, a tecnologia de síntese de grandes diamantes de cristal único por métodos de ultra-alta pressão e alta temperatura sob condições de catalisador estático amadureceu. meu país fez rápido progresso no desenvolvimento e aplicação de grandes diamantes artificiais de cristal único sintetizados pelo método de ultra-alta pressão e alta temperatura, bem como na tecnologia de síntese de diamantes artificiais pelo método CVD de plasma de microondas. As joias com diamantes sintéticos foram vendidas no mercado e começaram a tomar forma. 3. Principais aplicações do cBN Comparado ao diamante, o cBN apresenta vantagens únicas, como alta estabilidade térmica e inércia química com elementos da família do ferro. Atualmente, existem dois usos principais do cBN: um é na fabricação de ferramentas abrasivas e o outro é na produção de nitreto cúbico de boro policristalino como material para ferramentas. Portanto, o cBN possui características únicas no processamento de materiais metálicos ferrosos e fornece novas ferramentas de processamento para materiais duros e tenazes à base de ferro que são difíceis de processar. As principais aplicações do cBN são as seguintes: (1) Usado como material abrasivo para ferramentas. Pode ser usado para processar materiais à base de ferro e materiais metálicos não ferrosos. (2) Usado como material de ferramenta. O material utilizado para ferramentas de corte é geralmente nitreto cúbico de boro policristalino. PcBN é um micro pó preparado a partir de cristal único de cBN. É feito adicionando carboneto de titânio, cobalto e outros adesivos e depois sinterizando sob alta pressão e alta temperatura usando uma prensa superior de seis lados. É particularmente eficaz no processamento de metais ferrosos e suas ligas e é particularmente adequado para corte em alta velocidade e corte a seco. Também pode substituir a retificação por torneamento e fresamento, melhorando significativamente a eficiência da produção.
(3) Usados como materiais funcionais. O cBN de alta condutividade térmica pode ser usado em dispositivos funcionais optoeletrônicos. Os materiais superduros são uma pequena variedade entre muitos materiais diferentes, mas são um material insubstituível e podem substituir gradualmente alguns outros materiais.
