Сверхтвёрдые материалы - NiNa.Az

Сверхтвёрдые материа́лы — группа веществ, обладающих высочайшей твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама и карбида титана с кобальтовой и никель-молибденовой связкой. Микротвердость таких материалов более 35 ГПа при измерении методом Виккерса с помощью алмазной четырехгранной пирамиды, то есть больше чем у нитрида бора.

Сравнение свойст сверхтвердых материалов

Материал	Химическая формула	Твердость					Предел прочности
		По Виккерсу / HV	Шкала Мооса	Метод Бринелля	Твёрдость по Шору	Показатель твердости ГПа
Карбид вольфрама	WC
Нитрид бора	BN
Эльбор / боразо́н / кубони́т / КНБ / Полиморфная модицикация Нитрида Бора	BN
Карбид титана	TiC
Карбид кремния	SiC
Карбид бора	B4C		9,5
Диборид рения	ReB2
Сплав Титана Золота	Ti3Au
Карбид хрома(II)	Cr3C2
Титан-Алюминиевый нитрид	TiAlN	2600 - 3300
Алмаз	С	10,000	10			150
Ультратвердый фуллерит	С					150 - 300

Самым твердым из известных на сегодняшний день природных минералов является Алмаз, его микротвердость находится в диапазоне 60 до 150 ГПа, что в 4—5 раз превышает твердость корунда и твердых сплавов и в 2 раза — карбида бора. Стоит учесть, что предел прочности при изгибе у алмазов около 30 кгс/мм² (294 МПа).

Существуют ультратвёрдые материалы с твёрдостью выше, чем у алмаза. К таким материалам относятся фуллериты с показателем твердости от 150 до 300 ГПа, которые состоят из фуллеренов.

Китайские ученые создали сверхпрочное стекло, экспериментируя с разными структурами атомов углерода, в том числе и с фуллеренами. Подвергая углеродные соединения с фуллереновой структурой атомов давлением в 25 ГПа, а затем нагревая их до температуры 1000 — 1200 °C, исследователи из университета Яньшань создали самое прочное аморфное вещество, которое обладает твердостью 113 ГПа при его измерении по методу Виккерса. В тестах применялись три вида материалов, которых наименовали AM-I, AM-II и AM-III. Измеренная твердость AM-III составляла от 110 до 116 ГПа.

В Соединенных Штатах изобрели сплав титана с золотом для изготовления медицинских имплантатов, которые вчетверо прочнее чистого титана, применяемого в протезировании.

Широко применяемые сверхтвердые материалы:

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

Сверхтвёрдые материалы часто применяются в качестве материалов для абразивной обработки.

В последние годы пристальное внимание современной промышленности направлено к изысканию новых типов сверхтвёрдых материалов и ассимиляции (слияния) таких материалов, как нитрид углерода, нитрид кремния, сплав бор-углерод-кремний, сплав карбид титана-, а также сплавы боридов и карбидов подгруппы титана с карбидами и боридами лантаноидов.

Примечания

1. Eteri Svanidze, Tiglet Besara, M. Fevsi Ozaydin, Chandra Sekhar Tiwary, Jiakui K. Wang, Sruthi Radhakrishnan, Sendurai Mani, Yan Xin, Ke Han, Hong Liang, Theo Siegrist, Pulickel M. Ajayan, E. Morosan. High hardness in the biocompatible intermetallic compound β-Ti3Au // Science Advances. — 2016-07-20. — Т. 2, вып. 7. — С. e1600319. — doi:10.1126/sciadv.1600319.
2. Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт. Материаловедение (Методы анализа, лабораторные работы и задачи). — Москва: Металлургия, 1975. — С. 441. — 448 с.
3. Ученые приблизились к промышленному синтезу материала тверже алмаза  (неопр.). mipt.ru. Дата обращения: 5 октября 2021. Архивировано 5 октября 2021 года.
4. Создано самое прочное в мире стекло. Оно может поцарапать даже алмаз  (рус.). Популярная механика. Дата обращения: 5 октября 2021. Архивировано 5 октября 2021 года.
5. Ученые получили стекло прочнее и тверже алмаза  (рус.). habr.com. Дата обращения: 5 октября 2021. Архивировано 5 октября 2021 года.
6. В США изобрели сверхтвердый сплав из титана и золота. BBC News Русская служба. Архивировано 5 октября 2021. Дата обращения: 5 октября 2021.