超硬度切割材料研制：熔合钻石和立方氮化硼

文章来源：美国物理联合会（AIP）

　　钻石-cBN合金样品和切割刀：a 和b：在20GPa/2200o C条件下合成的直径为3毫米的合金样品，在铜屏幕显示出其透明性。c和d：钻石-cBN合金切割刀抛光的前刀面。（图片来源：D。W。He/SCU 四川大学）
　　研究人员用一种新型的的合金方法熔合钻石和立方氮化硼，研制出了一种超硬度材料。
　　2015年9月8日华盛顿--人们都说钻石是坚固不变的，这当然是除了它们在高温下被用来切割铁，钴，镍，鉻，钒时被氧化的情况。相反，立方氮化硼具有优秀的化学惰性，但其硬度却只有钻石的一半。为了研制一种适用于工业上各种材料的超硬材料，中国四川大学的研究者们制造出了一种钻石和立方氮化硼的合金，这种合金结合了两种材料的优良属性。
　　“钻石和立方氮化硼是很容易形成合金来填补彼此性能上的缺陷的，因为二者在晶格结构和共价健特点方面比较类似，”四川大学原子与分子物理研究所（Sichauan University‘s Institute of Atomic and Molecular Physics）教授贺端威说。“但是，这个想法却从未得到证实，因为以前研究中所获得的样品太小以至于无法测试其实际性能。”
　　贺教授和美国内华达大学（University of Nevada）以及中国科学院（Chinese Academy of Sciences）的合作者们将这项研究发表在本周由美国物理联合会出版的《应用物理快报》中。
　　为了合成钻石-cBN合金，研究者们将钻石和立方氮化硼的粉末均匀混合，放入真空炉内在1300开尔文温度下煅烧两个小时，然后在15吉帕斯卡以上的压力条件和2000开尔文以上的高温条件下将材料压制成直径为3.5毫米的小球。小球经过打磨和削尖成为切割工具。
　　研究人员在计算机数控车床上测试了该合金切割硬化钢和花岗岩条的性能。他们发现钻石-cBN合金在切割硬化钢样品时，其磨损性能和刀具寿命可媲美多晶立方氮化硼，并且在切割花岗岩时表现出明显较少的磨损。此外，这种合金还表现出了更好的高速切割性能，这一点超过了任何多晶立方氮化硼或者商业用的多晶钻石。
　　贺教授和他的合作者们下一步将开发制造厘米尺寸的钻石-cBN合金的技术，为工业规模生产铺路。