作爲“工(gōng)業牙齒”應用的四類硬質材料剛玉、SiC、硬質合金、高速鋼的硬度，遠低于金剛石和cBN的硬度，因此超硬材料又(yòu)被稱爲最硬最鋒利的“工(gōng)業牙齒”或“材料之王”。
顧名思義，超硬材料是硬度極高的材料。通常來說，金剛石的硬度最高，莫氏硬度爲10，cBN的硬度稍次于金剛石，所以超硬材料通常是指金剛石和cBN，或由這兩種材料爲主要成分(fēn)分(fēn)别制成的複合材料。
作爲“工(gōng)業牙齒”應用的四類硬質材料剛玉、SiC、硬質合金、高速鋼的硬度，遠低于金剛石和cBN的硬度，因此超硬材料又(yòu)被稱爲最硬最鋒利的“工(gōng)業牙齒”或“材料之王”。
同其他碳材料一(yī)樣，金剛石的主要化學元素組成是碳。無論是天然金剛石，還是人造金剛石，但無論那種金剛石都會含 有或多或少的雜(zá)質。金剛石一(yī)般都含有氮雜(zá)質，根據 金剛石晶體(tǐ)内氮元素含量的差異，金剛石可以分(fēn)爲兩種類型（Ⅰ型金剛石和Ⅱ型金剛石）。
金剛石的分(fēn)類
金剛石的雜(zá)化軌道電(diàn)子雲分(fēn)布、原子結構和晶胞結構
近年來，碳材料是一(yī)類非常具有研究熱點的材料。21世紀也被稱爲“碳時代”。碳材料以其優異出 衆的性能被廣泛應用于各個領域，尤其是在國家戰略 性新興産業中(zhōng)的應用，石墨烯及碳納米材料、碳纖維 及其複合材料、金剛石、碳基薄膜和傳統碳材料（炭 黑、多孔碳、石墨、特種石墨等）在锂電(diàn)、電(diàn)容器、儲能、 光伏、半導體(tǐ)、光電(diàn)顯示、５Ｇ 通訊、傳感器、通用航空、 未來交通、高端裝備等領域應用前景廣闊立方氮化硼（cBN）是第二大(dà)品種的超硬材料。氮化硼的化學結構式是 BN，由硼元素和氮元素兩種元素組成。氮化硼具有四種不同的晶體(tǐ)結構，主要有六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（cBN）、菱方氮化硼 （rBN）和密集六方氮化硼（wBN）。其中(zhōng) hBN 和 rBN 中(zhōng)氮原子和硼原子以 SP2 方式雜(zá)化，而 cBN 和 wBN 中(zhōng)氮原子和硼原子以 SP3 方式雜(zá)化。
某公司幾種不同牌号的cBN單晶（來源于該企業網站）cBN 的硬度略低于金剛石，顔色多樣，晶體(tǐ)顔色與所含雜(zá)質種類、 數量有關。cBN 具有獨特的光電(diàn)特性，合成大(dà)尺寸、高質量 cBN 單晶是獲得功能器件應用的必然選擇，可是 cBN 晶體(tǐ)的大(dà)尺寸化遠沒有金剛石做得成功，這也許是因爲合成大(dà)顆粒cBN的條件更苛刻，其應用也沒有找到合适領域的緣故。超硬材料及其制品工(gōng)具在工(gōng)業中(zhōng)已經獲得廣泛應用，不僅解決了用傳統工(gōng)具無法加工(gōng)或難以加工(gōng)的難題，還明顯提高了傳統加工(gōng)效率，明顯降低消耗及廢物(wù)排放(fàng)。
幾種超硬材料制品及工(gōng)具（a.刀片；b.砂輪；c.鋸片；d.鑽頭）超硬材料制品及工(gōng)具主要品種有鋸切工(gōng)具、 磨具（包括固結磨具、塗附磨具和松散磨具）、切削刀 具、鑽探工(gōng)具、修整工(gōng)具、拉絲模具、其他工(gōng)具及不同 的功能元器件。采用天然金剛石得到的鑽石稱天然鑽石。天然鑽石璀璨、華麗、稀有、珍貴，被人們 視爲珍愛之物(wù)。有一(yī)句廣告語“鑽石恒久遠，一(yī)顆永流傳”在我(wǒ)國婦孺皆知(zhī)。
天然金剛石除用作爲飾品以外(wài)，更多的是工(gōng)業應用。金剛石的工(gōng)業用途長期以來是利用其特别高的硬度，切割玻璃的金剛石刀使我(wǒ)們聯想到：采用金剛石來制備鑽頭用于地質勘探和石油、煤炭開(kāi)采。金剛石在高溫下(xià)會與氧發生(shēng)不同程度的氧化反應，特别 是與鐵親和性好，不适合用于黑色金屬加工(gōng)。人造鑽石，行業内又(yòu)常稱爲實驗室合成鑽石，或培育鑽石。大(dà)顆粒或大(dà)單晶的人造金剛石已經用于加工(gōng)合成鑽石飾品。人造鑽石也是貨真價實的鑽石，成分(fēn)、結構與天然鑽石完全相同。兩者隻能通過非常特殊的方式區分(fēn)，比如在陰極發光儀下(xià)，前者的生(shēng)長紋理呈幾何狀，而後者呈環帶狀。從2006 年開(kāi)始，GIA 等珠寶機構開(kāi)始提供鑒定服務并發放(fàng)證書(shū)，主要爲了防止商(shāng)家用價格較低的合成鑽石冒充天然鑽石銷售。
過去(qù)，鑽石行業的研究人員(yuán)一(yī)直在尋找高效合成人造鑽石的方法，但一(yī)直未有突破性進展，其兩大(dà)主要障礙來自于成本和生(shēng)産兩方面的因素。經過數十年的研究，現在靜态觸媒條件下(xià)超高壓高溫法合成金剛石大(dà)單晶技術已經成熟。我(wǒ)國在超高壓高溫法合成的人造鑽石大(dà)單晶，以及采用微波等離(lí)子體(tǐ)CVD法合成人造鑽石的技術開(kāi)發和應用方面都取得了快速的發展，已經有合成鑽石飾品在市場上銷售，并初具市場規模。cBN 與金剛石相比有獨有的優點，如高熱穩定性，與鐵族系元素化學惰性。cBN 的用途目前主要有兩個方面，一(yī)是制造磨具，二是制成聚晶立方氮化硼用作刀具材料。因此，cBN 加工(gōng)黑色金屬材料有獨到之處，爲硬而韌的難加工(gōng)鐵基材料提供了新的加工(gōng)工(gōng)具。（１）用作磨具材料。既能用于鐵基材料的加工(gōng)，也能用于非鐵金屬材料的加 工(gōng)。（２）用作刀具材料。用于刀具的一(yī)般是聚晶立方氮化硼， PcBN 是由 cBN 單晶制備的微粉，通過添加碳化钛、 钴等粘接劑，再用六面頂壓機經高壓高溫燒結制得 的。對鐵族金屬及其合金的加工(gōng)特别有效，特别适合于高速切削和幹式切削，并實現了以車(chē)代磨， 以銑代磨，大(dà)幅度提高了生(shēng)産效率。
（３）用作功能材料。高導熱性 cBN 可以應用在光電(diàn)功能器件上。
超硬材料是衆多不同材料中(zhōng)的一(yī)個小(xiǎo)品種，但它卻是一(yī)種不可替代材料，并将可能逐步部分(fēn)代替其他一(yī)些材料。
文章轉載自微信公衆号：DT新材料
