超硬材料的性能与应用.doc

《超硬材料的性能与应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、超硬材料的性能与应用超硬材料的性能与应用摘要：木文在超硬材料的基础上讨论了其良好性能及在工业上的应川，同时提出超硬材料在其领域内所应该开发的新应用。重点分析了超硬材料在戒用过程小所表现出其他材料所不能替代的性能。木文通过杳阅相关文献阐述了超硬材料综述了超硬料的结构及其性能特点，为今后超硬材料在工业上的进一步发展有提供前景。关键字：超硕材料、金刚石、立方碳化硼、性能、应用等一、超破材料的简介所谓的超硬材料则是指硬度可与金刚石相比拟的材料。日前使用的超硬材料主要是立方氮化硼与金刚石，但是还是许多超硬材

2、料正在研发屮，如碳化硼，富硼氧化物等。金刚石包括天然金刚石和人造金刚石，天然金刚石是口前世界上最硬的工业材料，它具有硬度高、耐磨损、热稳定性能好等特性,而且抗压强度高、散热速率快、传声速率快、电流阻抗、防蚀能力、透光、低热胀率等物理性能，是工业材料屮不可替代的材料；人造金刚石是加T业最硬的磨料，电子T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T业、航空航天以及现代尖端

3、科学领域。立方氮化硼CBN是硬度仅次于金刚石的材料，但是U前并未发现天然立方氮化硼的存在，工业和日常生活屮使用的都是人造的。它具有与金刚石的许多特性相比拟的特点，同吋也具有史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，U经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。同时，它又具有优异的热学、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。二、超駛材料的性能A）结构组成：金刚石是碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个

4、碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成止四血体。由于C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度人，熔点极高，而且不导电。氮化硼是立方结构。B）力学性能：金刚石是日前地球上最駛的物质，莫氏破度为10。新摩氏驶度15,显微硬度10000kg/mrn2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。金刚石硬度具有方向性，八血体晶血硬度人于菱形十二血体晶血硬度，菱形十二血体晶血硬度人于六血体晶血駛度。较脆，在不大的冲动力下会沿晶形解理面裂开质纯、结

5、晶完好的为3520kg/m3,一般为3470^3560kg/m3o具有平行八血体的中等或完全解理，平行十二曲体的不完全解理。呈贝壳状或参差状。金刚石具有极人的弹•性模址，是口然界最高的磨削材料，弹性模量达90000kg/mmo摩擦系数小，有极高的抗磨能力，因此在金刚冇选矿屮利用这一特性，采川球磨机、锥形磨矿机来分离金刚冇。但金刚冇极脆，不能承受正向的外力撞击。硬度高、耐磨性好。立方氮化硼烧结体的度--般在350（f4000Hv,陶瓷；2400Hv,质合金1800Hv左右。高破度带來了相当好的耐磨性

6、，一般讲，立方氮化硼的耐磨性是涂层合金的：30倍，是无涂层硬质合金的50倍，是陶瓷刀片的15辽0倍。C）热学性能：熔点：金刚石熔点达4000C,在空气中燃烧温度为850〜1000°C,在纯氧屮720、800°C燃烧，金刚石发岀浅蓝色火焰，并转化成二氧化碳。热导率一般为138.16W/（m-K）o但II红型金刚石的热导率特别高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降。低温时热膨胀系数极小，随温度的升高，热膨胀系数迅速增大。立方氮化硼在1370。以上才开始由立方晶体向六方晶体转化；在100

7、0°C的高温下切削，其表血不会产生氧化，高温下硕度降低程度也比驶质合金和陶瓷刀片小的多，这就为高速切削创造了条件。导热系数为79.54w/m,k,仅次于金刚石，随温度提高，导热系数逐渐增人，有利于散热。D）磁电性能：金刚石为无磁性重部分矿物（p>2.9）因此在选矿屮不能采用电磁选仲磁性、弱磁性）方法。某些情况下由于含有磁性包裹体而显示一定磁性。介电常数为15匸时为16〜16.5导电性：绝人多数金刚石是电介质，电阻率：5X104Q.cm,—般情况下是电的不良导体。电导率为0.211X10-12^0.

8、309X10-lls/mo随温度的升高，电导率有所增人。lib型金刚石具有良好的半导体性能，属P型半导体摩擦电性：金刚石与玻璃、硬橡胶、有机玻璃表曲摩擦时产生摩擦电荷。氮化硼的磨擦系数为0.T0.3系数抵使切削力小切削温度低不异常时光、不易产生粘削有'利于表面质量，立方氮化硼刀片可反复刃磨。E）光学性能：偏光性：绝人多数金刚石在徧光下显示非均性，金刚石属等轴晶系矿物，理论上应为均质性，但由金刚石形成于压力变化的地质体屮，由于应力作用使金刚石晶体内结构产生局部错位，因而显示不均匀的非