超硬度切割材料研製：熔合鑽石和立方氮化硼

文章來源：美國物理聯合會（AIP）

研究人員用一種新型的的合金方法熔合鑽石和立方氮化硼，研製出了一種超硬度材料。

2015年9月8日華盛頓--人們都鑽石是堅固不變的，這當然是除了它們在高溫下被用來切割鐵，鈷，鎳，鉻，釩時被氧化的情況。相反，立方氮化硼具有優秀的化學惰性，但其硬度卻只有鑽石的一半。為了研製一種適用於工業上各種材料的超硬材料，中國四川大學的研究者們製造出了一種鑽石和立方氮化硼的合金，這種合金結合了兩種材料的優良屬性。

“鑽石和立方氮化硼是很容易形成合金來填補彼此性能上的缺陷的，因為二者在晶格結構和共價健特點方面比較類似，” 四川大學原子與分子物理研究所（Sichauan University‘s Institute of Atomic and Molecular Physics）教授賀端威。“但是，這個想法卻從未得到證實，因為以前研究中所獲得的樣品太小以至於無法測試其實際性能。”

賀教授和美國內華達大學（University of Nevada）以及中國科學院（Chinese Academy of Sciences）的合作者們將這項研究發表在本周由美國物理聯合會出版的《應用物理快報》中。

為了合成鑽石-cBN合金，研究者們將鑽石和立方氮化硼的粉末均勻混合， 放入真空爐內在1300開爾文溫度下燒兩個小時，然后在15吉帕斯卡以上的壓力條件和2000開爾文以上的高溫條件下將材料壓製成直徑為3.5毫米的小球。小球經過打磨和削尖成為切割工具。

研究人員在計算機數控車床上測試了該合金切割硬化鋼和花崗岩條的性能。他們發現鑽石-cBN合金在切割硬化鋼樣品時，其磨損性能和刀具壽命可媲美多晶立方氮化硼，並且在切割花崗岩時表現出明顯較少的磨損。 此外，這種合金還表現出了更好的高速切割性能，這一點超過了任何多晶立方氮化硼或者商業用的多晶鑽石。

賀教授和他的合作者們下一步將開發製造厘米尺寸的鑽石-cBN合金的技術，為工業規模生鋪路。