發(fā)布時間：2016-10-09 來源：德商五金 點擊：
硬度明顯高于硬質(zhì)材料的一類材料稱為超硬材料。目前超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。硬質(zhì)材料與超硬材料在硬度上的差別如表１所示。
１、超硬材料品種的發(fā)展
1.1天然金剛石
天然金剛石是在地殼深處結(jié)晶形成的存在于地表下深度為100—300km的金伯利巖中。最適宜的結(jié)晶條件是壓力57GPa溫度1200—1800℃。
天然金剛石分為寶石級鉆石和工業(yè)級。寶石級按照４Ｃ指標劃分優(yōu)劣等級。4Ｃ指標：Carat（克拉 克拉數(shù)表示顆粒大小）；Colour（色澤）；Cutting（切磨形狀及完整性）；Clarity（純凈度即清澈透明程度表示內(nèi)部瑕疵包裹體及裂隙等缺陷。）工業(yè)級天金剛石稱為工業(yè)碎鉆是達不到寶石級指標的工業(yè)用途產(chǎn)品。天然金剛石原生礦主要分布在南非扎伊爾等國印度和我國有少量砂礦。歷史上最大一顆原石重達3106克拉尺寸為100ｍｍ×65ｍｍ×50ｍｍ于1905年發(fā)現(xiàn)于南非。我國在1977年12月21日在山東臨沭縣常林村發(fā)現(xiàn)了一顆巨鉆重158.9克拉淡黃色光彩奪目被視為國寶命名為常林鉆石。
1.2人造金剛石
工業(yè)生產(chǎn)金剛石的主要方法是利用石墨為原料鎳鈷等觸媒金屬為催化劑在大約５GPa和1700Ｋ的高溫高壓條件下將石墨轉(zhuǎn)化生成金鋼石。人造金剛石產(chǎn)品可按照晶形顏色粒度沖擊強度高溫強度等多項指標進行分級。晶形完整色淺透明粒徑較大強度較高者稱為高品級產(chǎn)品。
1.3碳－60
需要特別提出的是近年來出現(xiàn)的一種新材料碳－60。其結(jié)構(gòu)形狀是空心籠類似于足球故又名為巴基球。它的硬度可以與世界上最硬的材料金剛石相媲美。它是一種特殊結(jié)構(gòu)的石墨烯。其不同節(jié)點上的碳原子可以被其他多種不同原子所置換從而生成多種多樣的性能迥異的新材料因此碳－60被稱為21世紀的科學(xué)圣誕樹。
1.4立方氮化硼
立方氮化硼只有人造的沒有天然的它在自然界是不存在的。立方氮化硼是在人工合成金剛石成功之后科學(xué)家發(fā)揮聯(lián)想采用類似于合成金剛石的原料設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)造出來的一種新材料其硬度僅次于金剛石是有別于金剛石的又一類超硬材料。它的問世完全是人類智慧的結(jié)晶是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果。
２、金剛石產(chǎn)品的發(fā)展
2.1人造金剛石單晶
（１）Debeers公司現(xiàn)更名為Ｅ.Ｓ公司產(chǎn)品強度產(chǎn)品：RVG系列。
2.2人造金剛石聚晶和金剛石薄膜
鉆頭聚晶：圓柱形、三角形，復(fù)合片；還有拉絲模聚晶等。
３、合成金剛石專用超高壓高溫設(shè)備
壓機大型化：壓機噸位逐步擴大，500ｔ→5000ｔ→10000ｔ。凹模式兩面頂：高壓腔直徑，12ｍｍ→30ｍｍ→60ｍｍ。
４、超硬材料制造和檢測技術(shù)的進展
選擇最有代表性的制造技術(shù)和檢測技術(shù)其進展情況紹如下。
4.1超硬材料制造技術(shù)的進展
4.1.1原輔材料的改進
石墨原料與合金觸媒的改進傳統(tǒng)原料為片狀疊裝石墨片與觸媒片間隔疊加成圓柱狀新型原料為粉狀混裝粉末觸媒與高純石墨二者混合均勻壓制成型為圓柱狀。同時粉末觸媒與石墨的純度大大提高雜質(zhì)含量由原先的100PPM減少到不足50PPM。傳壓密封介質(zhì)的改進原先為單一介質(zhì)現(xiàn)在采用復(fù)合介質(zhì)介質(zhì)材料由葉蠟石改進為葉蠟石＋白云石＋其他添加劑。同時采用內(nèi)外不同材質(zhì)例如以下多層結(jié)構(gòu):導(dǎo)熱絕緣體（內(nèi)）—發(fā)熱體（中）－復(fù)合傳壓密封隔熱絕緣介質(zhì)（外）。4.1.2組裝結(jié)構(gòu)的改變
先前為直接加熱式組裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是原料柱原料本身通電發(fā)熱外部是絕緣隔熱的介質(zhì)溫度分布是內(nèi)高外低與壓力分布的高低恰恰相反不符合生長優(yōu)質(zhì)金剛石條件。現(xiàn)在采用間接加熱式組裝結(jié)構(gòu)， 內(nèi)部原料柱本身不通電發(fā)熱外圍的發(fā)熱體發(fā)熱。熱量由外向內(nèi)傳導(dǎo)與壓力傳遞的方向一致亦即溫度梯度與壓力梯度的方向一致從而保障了壓力場與溫度場分布互相匹配有利于滿足優(yōu)質(zhì)金剛石生長條件。4.1.3壓力溫度動態(tài)匹配新工藝
傳統(tǒng)的外加壓力和加熱功率固定不變的靜態(tài)生長工藝不適合大腔體生長高品級金剛石。采用自行開發(fā)的壓力與溫度雙參數(shù)動態(tài)匹配新工藝使得２個參數(shù)維持在理想的生長區(qū)間并且可以沿著金剛石等質(zhì)量線方向在限定的范圍內(nèi)移動實現(xiàn)動態(tài)匹配金剛石得以長時間穩(wěn)定地連續(xù)生長從而生產(chǎn)出高品級產(chǎn)品。
4.2 檢測技術(shù)的進步
檢測項目在原有項目基礎(chǔ)上又新增加了多個檢測項目。檢測儀器除了與各個檢測項目相適應(yīng)的專門監(jiān)測儀器之外還開發(fā)出了FACT檢測系統(tǒng)DiaInspect。OSM圖像分析系統(tǒng)Ｍ3001激光粒度分析儀等設(shè)備。
５、結(jié)語
超硬材料及制品領(lǐng)域的科技進步和工業(yè)發(fā)展經(jīng)過了半個多世紀的歷程。我國經(jīng)歷了從無到有從小到大兩個階段現(xiàn)在進入了從弱變強的第三個發(fā)展階段。我國超硬材料金剛石和立方氮化硼年產(chǎn)量居世界第一約占全世界的３４。其中單晶產(chǎn)量占９０％ 而高端的刀具用復(fù)合聚晶產(chǎn)品差距明顯是需要努力攻關(guān)的課題之一。8月2日，美國Apex工具集團亞洲區(qū)副總裁世達工具（上海）有限公司總經(jīng)理魏勇先生應(yīng)邀到來到青島，參觀拜訪青島地區(qū)優(yōu)秀世達經(jīng)銷商，第一站就來到了青...
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