Adından da anlaşılacağı gibi süper sert malzemeler son derece yüksek sertliğe sahip malzemelerdir. Genel olarak konuşursak, elmas, Mohs sertliği 10 ile en yüksek sertliğe sahiptir ve cBN, elmastan biraz daha düşüktür, bu nedenle süper sert malzemeler genellikle ana bileşenler olarak elmas ve cBN'yi veya bu iki malzemeden yapılmış kompozit malzemeleri ifade eder. "Endüstriyel dişler", korindon, SiC, semente karbür ve yüksek hız çeliği olarak kullanılan dört tür sert malzemenin sertliği, elmas ve cBN'nin sertliğinden çok daha düşüktür, bu nedenle süper sert malzemeler aynı zamanda en sert ve en keskin malzemeler olarak da adlandırılır. "endüstriyel dişler" veya "malzemelerin kralı". Süper sert malzemelerin yapısı ve özellikleri 1. Elmasın yapısı ve özellikleri Diğer karbon malzemeleri gibi, elmasın ana kimyasal element bileşimi karbondur. İster doğal elmas ister yapay elmas olsun, elmasın türü ne olursa olsun az ya da çok yabancı madde içerecektir. Elmas genellikle nitrojen yabancı maddeleri içerir. Elmas kristalindeki nitrojen içeriğindeki farklılığa göre elmas iki türe ayrılabilir (tip I elmas ve tip II elmas).
Elmasın sınıflandırılması
Elmas hibrit yörünge elektron bulutu dağılımı, atom yapısı ve birim hücre yapısı
Karbon malzemeler son yıllarda oldukça sıcak araştırma konusu olan bir malzeme türüdür. 21. yüzyıl aynı zamanda “Karbon Çağı” olarak da anılıyor. Karbon malzemeleri, üstün performansları nedeniyle, özellikle ulusal stratejik gelişmekte olan endüstrilerin uygulanmasında çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Grafen ve karbon nanomalzemeleri, karbon fiberler ve bunların kompozit malzemeleri, elmaslar, karbon bazlı filmler ve geleneksel karbon malzemeleri (karbon siyahı, gözenekli karbon, grafit, özel grafit vb.) lityum pillerde, kapasitörlerde, enerji depolamada, fotovoltaik, yarı iletkenler, optoelektronik ekranlar, 5G iletişim, sensörler, genel havacılık, geleceğin ulaşımı, ileri teknoloji ekipmanlar ve diğer alanlar.
2. cBN'nin yapısı ve özellikleri
Kübik bor nitrür (cBN), süper sert malzemelerin ikinci en büyük çeşididir. Bor nitrürün kimyasal yapısı iki elementten oluşan BN'dir: bor ve nitrojen. Bor nitrür, başlıca altıgen bor nitrür (hBN), kübik bor nitrür (cBN), eşkenar dörtgen bor nitrür (rBN) ve yoğun altıgen bor nitrür (wBN) olmak üzere dört farklı kristal yapıya sahiptir. hBN ve rBN'de nitrojen atomları ve bor atomları SP2 modunda hibritlenirken cBN ve wBN'de nitrojen atomları ve bor atomları SP3 modunda hibritlenir.
Belirli bir şirketin birkaç farklı cBN tek kristal markası (şirketin web sitesinden) cBN'nin sertliği elmasınkinden biraz daha düşüktür ve rengi çeşitlidir. Kristalin rengi içerdiği yabancı maddelerin türü ve miktarıyla ilgilidir. cBN benzersiz optoelektronik özelliklere sahiptir. Büyük boyutlu, yüksek kaliteli cBN tek kristallerinin sentezlenmesi, işlevsel cihaz uygulamaları elde etmek için kaçınılmaz bir seçimdir. Ancak büyük boyutlu cBN kristalleri elmaslara göre çok daha az başarılıdır. Bunun nedeni, büyük taneli cBN'nin sentezlenmesi için koşulların daha sıkı olması ve uygulamasının uygun bir alan bulamaması olabilir. Süper sert malzemelerin uygulanması 1. Süper sert malzeme ürünlerinin ana türleri Süper sert malzemeler ve bunların ürünleri ve araçları endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Yalnızca geleneksel araçların işleyemediği veya işlenmesinin zor olduğu sorunu çözmekle kalmıyor, aynı zamanda geleneksel işlemenin verimliliğini de önemli ölçüde artırıyor ve tüketimi ve atık emisyonlarını önemli ölçüde azaltıyor. Çeşitli süper sert malzeme ürünleri ve araçları (a. Bıçaklar; b. Taşlama taşları; c. Testere bıçakları; d. Matkap uçları) Süper sert malzeme ürün ve araçlarının ana türleri arasında testere takımları, aşındırıcılar (bağlı aşındırıcılar, kaplamalı aşındırıcılar ve gevşek aşındırıcılar dahil) bulunur. ), kesici aletler, delme aletleri, düzeltme aletleri, tel çekme kalıpları, diğer aletler ve farklı fonksiyonel bileşenler. 2. Doğal elmaslar ve yapay elmaslar (1) Doğal elmaslar Doğal elmaslardan elde edilen elmaslara doğal elmas denir. Doğal elmaslar parlak, muhteşem, nadir ve değerlidir ve insanlar tarafından değerli olarak kabul edilir. Ülkemde herkesin bildiği bir reklam sloganı var: "Elmaslar sonsuza kadar kalır ve bir elmas sonsuza kadar kalır." Doğal elmaslar takı olarak kullanımının yanı sıra sanayide de daha çok kullanılmaktadır. Elmasların endüstriyel kullanımı uzun zamandır son derece yüksek sertliklerine dayanmaktadır. Cam kesmek için kullanılan elmas bıçaklar bize, elmasların jeolojik araştırma ve petrol ve kömür madenciliği için matkap uçları yapımında kullanıldığını hatırlatır. Elmaslar, yüksek sıcaklıklarda oksijenle, özellikle demirle, değişen derecelerde oksidasyon reaksiyonlarına uğrar ve demirli metallerin işlenmesi için uygun değildir. (2) Yapay elmaslar Yapay elmaslara endüstride sıklıkla laboratuvarda yetiştirilen elmaslar veya kültürlenmiş elmaslar adı verilir. Sentetik elmas takıları işlemek için büyük parçacıklar veya büyük tek kristal yapay elmaslar kullanılmıştır. Yapay elmaslar da doğal elmaslarla aynı bileşime ve yapıya sahip gerçek elmaslardır. İkisi ancak çok özel yöntemlerle ayırt edilebilir; örneğin katot lüminometre altında, ilkinin büyüme dokusu geometrik, ikincisi ise halka şeklindedir. 2006 yılından bu yana, GIA gibi mücevher kurumları, esas olarak tüccarların daha düşük fiyatlı sentetik elmasları doğal elmas olarak satmalarını önlemek amacıyla kimlik belirleme hizmetleri sağlamaya ve sertifika vermeye başladı. Geçmişte, elmas endüstrisindeki araştırmacılar yapay elmasları verimli bir şekilde sentezlemenin yollarını arıyorlardı, ancak hiçbir ilerleme sağlanamadı. İki ana engel maliyet ve üretim faktörlerinden kaynaklanmaktadır. Onlarca yıl süren araştırmalardan sonra, büyük tek kristalli elmasın statik katalizör koşulları altında ultra yüksek basınç ve yüksek sıcaklık yöntemiyle sentezlenmesi teknolojisi olgunlaştı. ülkem, ultra yüksek basınç ve yüksek sıcaklık yöntemiyle sentezlenen büyük tek kristalli yapay elmasın geliştirilmesi ve uygulanmasının yanı sıra, yapay elmasın mikrodalga plazma CVD yöntemiyle sentezlenmesi teknolojisinde hızlı ilerleme kaydetmiştir. Sentetik pırlantalı takılar piyasada satışa sunuldu ve şekillenmeye başladı. 3. cBN'nin ana uygulamaları Elmasla karşılaştırıldığında cBN, yüksek termal stabilite ve demir ailesi elementleri ile kimyasal eylemsizlik gibi benzersiz avantajlara sahiptir. Şu anda cBN'nin iki ana kullanımı vardır: biri aşındırıcı aletler üretmek, diğeri ise alet malzemesi olarak çok kristalli kübik bor nitrür yapmaktır. Bu nedenle cBN, demirli metal malzemelerin işlenmesinde benzersiz özelliklere sahiptir ve işlenmesi zor olan sert ve tok demir bazlı malzemeler için yeni işleme araçları sağlar. cBN'nin ana uygulamaları aşağıdaki gibidir: (1) Aşındırıcı takım malzemesi olarak kullanılır. Hem demir bazlı malzemeleri hem de demir dışı metal malzemeleri işlemek için kullanılabilir. (2) Alet malzemesi olarak kullanılır. Kesici takımlarda kullanılan malzeme genellikle polikristalin kübik bor nitrürdür. PcBN, cBN tek kristalinden hazırlanan bir mikro tozdur. Titanyum karbür, kobalt ve diğer yapıştırıcıların eklenmesi ve ardından altı taraflı üst pres kullanılarak yüksek basınç ve yüksek sıcaklık altında sinterlenmesiyle yapılır. Özellikle demir metallerinin ve alaşımlarının işlenmesinde etkilidir ve özellikle yüksek hızlı kesme ve kuru kesme için uygundur. Ayrıca taşlamanın yerini tornalama ve frezeleme alabilir, bu da üretim verimliliğini büyük ölçüde artırır.
(3) Fonksiyonel malzeme olarak kullanılır. Yüksek termal iletkenliğe sahip cBN, optoelektronik fonksiyonel cihazlarda kullanılabilir. Süper sert malzemeler, birçok farklı malzeme arasında küçük bir çeşitliliktir, ancak yeri doldurulamaz bir malzemedir ve yavaş yavaş diğer bazı malzemelerin yerini alabilir.
