超硬材料及制品的基本知识
超硬材料的研究和应用
超硬材料的研究和应用一、引言随着科技的进步和发展，材料学科在现代工业中的地位愈加重要。
超硬材料作为一类新型材料，具有高强度、高硬度、高韧性、高抗磨损、高耐热性等优异性能，在各个领域取得了广泛的研究和应用。
本文将从超硬材料的基本概念、种类及制备方法、应用等方面进行探讨。
二、超硬材料的基本概念超硬材料是指硬度在工程材料中排在前列的耐磨材料。
它的硬度通常指石英（Mohs硬度7）以上的材料，是由于其结构特殊，原子之间键合的特殊机制决定了固体的性能。
在国际上被称为“工程陶瓷的硬度标杆”。
超硬材料具有优异的性能，主要表现在以下几个方面：1. 高硬度：是指在各种切削工具中硬度最高的工具材料。
它的硬度通常在轻质金属、玻璃、塑料等材料中排名前列。
2. 高韧性：是指超硬材料比普通材料更难被折断，具有很高的韧性和强度，使其能够在高速切削或重载条件下保持稳定的切削性能。
3. 高抗磨损性：超硬材料不易磨损，具有长寿命和更好的耐久性等特点，可用于高耐磨性材料制备和加工等领域。
4. 高耐腐蚀性：超硬材料可以耐受强酸、强碱、高温及腐蚀性物质，具有高耐腐蚀性和不受化学反应影响的特点。
三、超硬材料的种类及制备方法一种超硬材料是金刚石（Diamond），它是所有材料中硬度最高的，因其在切削、研磨过程中不易磨损，因此常被用于石油探测、光学加工、切割和电子磊晶等领域。
其它超硬材料包括碳化硅、氮化硼、碳化硼、金刚石纳米线等，它们的硬度都很高，应用范围广泛。
超硬材料的制备方法主要分为以下几种：1. 高压高温法：在高温和高压（大约100千巴、1300℃）条件下，使用碳酸盐热合成金刚石材料。
2. 化学气相沉积法：通过在高温下，将含有金刚石原子的气体分解成金刚石薄膜，并在引入气体时控制温度、压力和流量，实现材料的稳定性。
3. 化学气相沉积-热解法：将金属附着在气体表面的薄膜上，施加微波、高频等电磁场，使其分解并在表面上热解成金刚石材料。
四、超硬材料的应用由于超硬材料具有优异的性能，已经广泛应用到各个领域，包括：1. 切削加工：超硬材料具有高强度、高硬度、高韧性等多种优秀性能，因此常被用作切削材料。
5超硬材料
金刚石与金属间的作用
金刚石与金属间的界面能高，不容易形成牢固结合 700℃以上与铁接触，石墨化、溶解于铁 第三周期元素镁、铝与金刚石与较好的黏结，镁不 会腐蚀金刚石，但铝在800 ℃以上会腐蚀金刚石， 并反应生成Al4C3。 第四周期元素从硒到镍容易与碳反应生成相应的碳 化物，对金刚石有较强的腐蚀作用。 第五周期元素锆、钼等与碳反应生成碳化物，但对 金刚石没有腐蚀作用。 第六周期元素钽、钨与碳原子发生反应，在较低温 度下不严重侵蚀金刚石表面。
主要国家发现金刚石的年代
洲别 亚洲 澳洲 南美洲 国别 印度 澳大利亚 巴西 圭亚那 委内瑞拉 发现年代 公元前 1851 1695 1887 1912
非洲
南非 纳米比亚 安哥拉 扎伊尔 坦桑尼亚 加纳 中非刚果 尼日尔
1867 1908 1907 1913 1913 1919 1931 1934
绳锯英文名称：Wire Saw 绳锯定义：利用绳锯木断的原理设计出来的一种对脆硬材料进行切割的一种锯。 绳锯的组成：绳锯驱动、飞轮、导向轮、绳锯链条（金刚石材料制作而成）。
其他名称：绳锯、线锯、金刚石绳锯机、钻石线锯机
绳 锯
金刚石串珠绳锯切割大理石矿--可以提高荒料和矿山的经济价值， 由于其切割面光滑，易于观察荒料质量、花色、条纹和其他特征， 以最佳的方式来观察荒料的质量，方便了矿主与客户共同确定最佳 的切割方向。而且，所出荒料高质量大规格（5-6立方米），可以 满足出口的要求，提高了荒料的价值。
3） 传质介质
作用：传压、密封、保温、绝缘 要求 具备传递压力的流体动力学特征 可压缩性尽量低 热传导性尽量低 导电性尽量低 熔点尽量高，且随压力的增加而增高 具有化学惰性 具有热稳定性
超硬材料及制品的基本知识
超硬材料及制品基本知识一、超硬材料概念：对于超硬材料的含义至今没有一个公认为满意的解释。
1981 年国际硬物质科学会议认为，硬度大于 1000HV 的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。
后来对这个定义进行了补充，认为能加工诸如硬质合金（硬度 1600—1800HV ）、刚玉（—2000HV）、碳化硅（—2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。
目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材，具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。
二、超硬材料的分类：分为单晶超硬材料和聚晶超硬材料（也称为“复合超硬材料”）及 3．金刚石薄膜三类。
单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为：单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好，但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具；聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料，添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。
它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料，但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体，可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端，具有更高的耐磨性。
金刚石薄膜是用化学气相沉积（CVD）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄膜。
它不仅可用于制作各种金刚石刀具，还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、X 光检测窗口等，应用领域十分广泛。
国际上从七十年代初开始进行金刚石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。
我国从八十年代中期开始此项研究，并已列入国家“863 计划”，现已能制备出 80mm、厚 2mm 的金刚石薄膜，并在应用研究方面取得了不少成果，但目前总体上仍处于研制阶段，尚未达到工业化应用阶段。
有人预计，金刚石薄膜将是 21 世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。
超硬材料文档
超硬材料简介超硬材料是指具有极高硬度和耐磨性的材料。
它们通常由碳化硅（SiC）和氮化硼（BN）等化合物组成，在各种工业应用中扮演着重要的角色。
本文将介绍超硬材料的特性、应用以及未来发展方向。
特性超硬材料的最重要特性是其极高的硬度。
它们通常具有莫氏硬度大于9的特点，远远高于大多数传统材料如钢铁和陶瓷。
超硬材料之所以如此硬，是因为其内部结构具有高度有序的晶格。
这种晶格结构使得超硬材料具有出色的耐磨性和抗刮擦性能。
此外，超硬材料还具有优异的热导性能和耐高温性能。
正是由于这些特点，超硬材料在高温高压、切削加工和磨削等领域得到广泛应用。
应用工具加工领域超硬材料在工具加工领域有着重要的应用。
石墨刀具、硬质合金刀具以及多晶立方氮化硼刀具等都是由超硬材料制成的。
这些刀具因其高硬度和耐磨性能，在金属切削、磨削和车削等方面都表现出色。
此外，超硬材料还被广泛应用于宝石切割和玻璃加工等领域。
光电子领域在光电子领域，超硬材料也有一定的应用。
由于其优异的热导性能和光学特性，超硬材料被用于制造高功率激光器的热管理部件，如散热片和光学反射镜等。
此外，超硬材料也被广泛应用于光纤通信和太阳能电池等领域。
其他应用领域除了上述领域，超硬材料还有许多其他应用。
例如，超硬材料被用于制造化学反应器的密封件、钻石工具的切割盘和研磨盘、电子封装材料的滚轮和摩擦片等。
这些应用领域的需求不断增长，为超硬材料的研究和开发提供了广阔的市场。
发展方向随着科技的不断进步，超硬材料也在不断发展和创新。
目前，超硬材料的研究主要集中在以下几个方向：新材料的开发一方面，研究人员正在不断寻找新的超硬材料。
例如，通过合金化、纳米化和涂层改性等方法，可以提高超硬材料的性能和功能。
另一方面，一些研究人员致力于开发基于超硬材料的复合材料。
这些复合材料能够综合利用各种材料的优点，进一步提高超硬材料的性能。
例如，使用纳米钢材料和碳纳米管等结构强化材料，可以增强超硬材料的机械性能和韧性。
超硬材料的制备与性能研究
超硬材料的制备与性能研究随着现代工业的发展，对材料的性能要求也越来越高，为了满足这种需求，科学家们研究出了一种新型的材料——超硬材料。
超硬材料具有极高的硬度、抗磨损性、耐腐蚀性和高温稳定性等特点，在工业生产中得到了广泛的应用。
本文将探讨超硬材料的制备与性能研究。
一、超硬材料的基础知识超硬材料是指硬度高于天然金刚石的材料，主要有金刚石、立方氮化硼、碳化钨等。
其中，金刚石是最早被发现和应用的超硬材料，由于它具有非常高的硬度和热导率等特点，广泛用于切削、打孔等工业领域。
立方氮化硼是一种新型的超硬材料，优于天然金刚石的地方在于它的热稳定性比金刚石更高，可用于高温环境下的切削和磨削。
碳化钨也是一种常用的超硬材料，它的硬度高于钢材、铸铁等常规材料，应用于切削、钻孔和磨削等领域。
二、超硬材料的制备方法超硬材料的制备方法主要有高温高压合成法、化学气相沉积法、热压法和爆炸合成法等。
高温高压合成法是一种常用的超硬材料制备方法，其原理是通过高温高压下，让粉末原料发生化学反应，形成超硬材料。
该方法制备的产品质量较高，但是制备过程比较复杂，需要高压高温设备，成本较高。
化学气相沉积法是利用化学气相沉积技术制备超硬材料的一种方法。
该方法需要使用反应气体，在高温条件下，让反应气体在基底上沉积出超硬材料膜。
该方法所制备的超硬材料膜均匀、致密，具有很好的金属附着力，但是成本较高，适用于小批量生产。
热压法是将粉末原料放入模具中，在高温高压下进行热压成型，制成超硬材料。
该方法制备出的超硬材料成型精度高，但成本相对较高。
爆炸合成法是通过爆炸反应产生超高压和超高温条件，使原料发生同位素反应，产生超硬材料。
该方法成本较低，可批量生产，但制备过程不稳定，也有一定几率出现批次不一致的情况。
三、超硬材料的性能研究超硬材料主要是以其硬度和抗磨损性为主要特点研究的。
硬度是超硬材料的重要性能参数之一，硬度的高低决定了超硬材料在切削、磨削等领域的应用范围。
超硬材料 演示文稿
金刚石钻头，雕刻刀 可在玻璃，水晶等材料 上打直径大的孔眼和掏 料。裁割玻璃划线细腻， 不崩边。
矿山地质金刚石钻头系 列
3、金刚石锯切工具
液压金刚石墙锯机
4、金刚石磨具
三、现状
设备 产品产量 差距
立方氮化硼，英文称为:：Cubic Boron Nitride。目前，在自然界还没有找到这种物 质的存在，是人工合成的一种超硬材料。立方 氮化硼（CBN）是硬度仅次于金刚石的超硬材 料。它不但具有金刚石的许多优良特性，而且 有更高的热稳定性和对铁族金属及其合金的化 学惰性。它作为工程材料，已经广泛应用于黑 色金属及其合金材料加工工业。同时，它又以 其优异的热学、电学、光学和声学等性能。
超硬材料
一、简介 二、应用 三、现状
制作人 刘 鲲 孙佳胜
一、简介
超硬材料主要是指金刚石和立方氮化硼。金刚 石是目前已知的世界上最硬的物质, 立方氮化 硼硬度仅次于金刚石。这两种超硬材料的硬度 都远高于其它材料的硬度，包括磨具材料刚玉、 碳化硅以及刀具材料硬质合金、高速钢等硬质 工具材料。
金刚石，有天然金刚石和人造金刚石两种。金刚石是 目前世界上已知的最硬工业材料，它不仅具有硬度高、 耐磨、热稳定性能好等特性，而且以其优秀的抗压强 度、散热速率、传声速率、电流阻抗、防蚀能力、透 光、低热胀率等物理性能，成为工业应用领域不可替 代的新材料，现代工业和科学技术的瑰宝。人造金刚 石是加工业最硬的磨料，电子工业最有效的散热材料， 半导体最好的晶片，通讯元器件最高频的滤波器，音 响最传真的振动膜，机件最稳定的抗蚀层等等，已经 被广泛应用于冶金、石油钻探、建筑工程、机械加工、 仪器仪表、电子工业、航空航天以及现代尖端科学领 域
材料科学中的超硬材料制备技术研究
材料科学中的超硬材料制备技术研究材料科学中的超硬材料制备技术是一项重要的领域，它涉及到研究人员对超硬材料制备、表征和应用的全方位探讨。
因为超硬材料具有出色的化学稳定性、高硬度、高弹性模量和高导热性等优异的特性，因此得到了广泛的应用。
本文将从超硬材料的基础概念、制备技术和应用研究等方面进行探讨。
一、超硬材料的基础概念超硬材料是一种具有高硬度、高密度、高热稳定性和耐磨性的材料。
它主要包括金刚石、氧化铝、氮化硼、碳化硅等。
其中，金刚石是最为常用的超硬材料，它有着极高的化学稳定性、高硬度和高导热性，因此广泛应用于切削、磨削、电子加工等领域。
二、超硬材料的制备技术超硬材料的制备技术主要包括热压法、化学气相沉积法、溅射法、高温高压合成法等。
下面我们就对这几种方法进行详细介绍。
1、热压法热压法是一种将粉末原料在高温高压下压制成坯体的制备技术。
它的原理是通过高温高压使粉末内部结合在一起，形成坯体。
然后再通过热处理将坯体转化为超硬材料。
这种方法的优点是成本低、易于实现批量生产。
但是，它的缺点是较难掌握生产工艺，容易产生杂质。
2、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种将气体中的原子分子沉积到基板上制备超硬材料的方法。
这种方法的优点是能够制备出高质量的超硬材料，具有均匀性好、抗氧化性强等特点。
但缺点是设备复杂、成本高。
3、溅射法溅射法是一种利用高能电子束或离子束将超硬材料源物料溅射在基片上的制备技术。
它的优点是设备简单、成本低廉、易于大规模生产。
但缺点是精度不高，容易产生热应力。
4、高温高压合成法高温高压合成法是一种将超硬材料源物料在高温高压下进行原位合成的方法。
这种方法的优点是可控性好、成本低、产品性能稳定。
但缺点是设备复杂，操作难度大。
三、超硬材料的应用研究超硬材料广泛应用于机械加工、电子加工、高温工具材料、化学催化剂等领域。
在石油钻头中，金刚石被广泛应用。
在化学催化领域中，氮化硼和碳化硅是比较常见的催化剂。
此外，超硬材料还被广泛应用于航空航天、武器弹头等领域。
超硬材料 (2)
超硬材料引言超硬材料是一种具有极高硬度和优异耐磨性能的材料。
它们广泛应用于工业领域，如切削、打磨和磨具等。
本文将介绍超硬材料的概念、特性、分类以及主要应用领域。
超硬材料概述超硬材料是指硬度超过金刚石（Mohs硬度10）的材料，主要包括金刚石（Diamond）和立方氮化硼（Cubic Boron Nitride，CBN）两种。
这两种超硬材料具有极高的硬度和较低的热膨胀系数，使它们在高温、高压和恶劣环境下表现出优异的性能。
超硬材料特性1. 极高硬度超硬材料的硬度远远超过其他常见材料，如金属和陶瓷。
金刚石是已知最硬的材料，其硬度为15000-100000MPa，而立方氮化硼的硬度约为9000-10000MPa。
这种超高硬度使得超硬材料在切削和磨削过程中能够抵抗磨损，延长使用寿命。
2. 优异耐磨性由于超硬材料的硬度极高，它们具有出色的耐磨性能。
在切削和磨削应用中，超硬材料的工具能够在长时间的使用中保持刃口的锐利度，从而实现高效切削和精确加工。
3. 低摩擦系数超硬材料的表面光滑度高且摩擦系数低，这使得它们在摩擦副应用中具有优异的性能。
比如，在高速切削和车削过程中，超硬材料的低摩擦系数可以减少摩擦热和磨损，提高加工效率。
4. 耐高温性超硬材料具有优异的耐高温性能，可以在高温环境下保持其硬度和力学性能。
这使得超硬材料在高速切削和磨削中不易软化和失效，适用于高温加工。
超硬材料分类超硬材料可以按照其结构和制备方法进行分类。
1. 金刚石金刚石是一种由碳原子构成的晶体材料，具有良好的导热性和化学惰性。
它可以通过自然生成或化学合成获得。
化学合成的金刚石通常用于工业应用，如切削和打磨。
2. 立方氮化硼立方氮化硼是一种由硼和氮原子组成的晶体材料，具有类似金刚石的结构和性能。
它通常通过高温高压合成方法制备，可用于切削、磨削和磨具等应用。
超硬材料应用领域超硬材料在多个工业领域中得到广泛应用。
1. 切削工具超硬材料可用于制造切削工具，如刀具、刀片和钻头等。
第四章超硬材料
4.1 应用概论
1. 材料加工 1）切割压模： 钻头——石油、煤炭、矿物钻井； 刀锯——型材（金属、水泥、玻璃、复 合材料、木头、陶瓷等）加工； 压模——磨具钢
2）研磨抛光：
磨料——各种磨具、抛光材料（材料表 面加工：金属、陶瓷、玻璃、大理石、首饰、 各类芯片等）
4.3 结构特点
强金属键：离子、原子半径小；自由电 子（价电子）数多 2. 强共价键——原子晶体：原子半径小； 成键能力强 3. 强离子键——离子晶体：阴阳离子半径 小；正负电荷数高 → 指导材料改性与提高
1.
4.4 制造
1.
块体材料： 硬质合金——最后氢还原： 环保，安全 区域熔融 氧化物——天然开采与人工 合成 金刚石等——高温高 压，钱逸泰院士 “稻草变黄金” 2. 粉体：PVD、CVD以及高温转化（刚玉 型） 3. 涂层：复合、PVD、CVD
4.1 应用概论
2. 耐磨材料 1）机芯、轴承：手表、传动部件 2）涂层：刹车皮、活塞及活塞茼、金 属表面（单车钢圈、五金工具、弹头。。。） 3. 结构块型材料： 耐高温喷气发动机、装甲车、穿甲 弹。。。。。。 4. 电子材料衬里：延长寿命
4.2 类型
1. 2.
3.
Hale Waihona Puke 硬质合金：C-W（Co、Cr、Zr、U等） 氧化物：刚玉（α-氧化铝，蓝宝石类； R2O3类）、ZrO2、CeO2；SiO2、UO2……. 碳及其相关化合物：金刚石C、SiC金刚 砂、碳化硼、氮化硼
超硬材料
Question
1、什么是超硬材料？
2、金刚石类型与氮元素含量的关系？ 3、金刚石的颜色反应出金刚石的什么信息？
超硬材料 ：主要指金刚石、立方氮化硼；显微硬度
>30GPa的材料
硬度有各种表示方法
金刚石概述： 钻石是主要由碳元素组成的等轴晶系天然矿物，摩氏
1、颜色
纯净金刚石无色透明
常见：黄色、浅黄色、棕
色、浅棕色、灰色、黑色 少见：蓝色、玫瑰色、紫 色 颜色稳定，离子轰击可染 色
硼铌：黑色
氮、铁、钴、钛：深绿色
硅和硼：黄色 偏高铬：天蓝色 铝、铁：黄色 颜色反映了杂质的种类和存在状态，对合成和原料的
选择具有指导意义
硬度10，密度3.52(±0.01) g44。(国家标准）
“使用钻石名词不考虑产地。”（国家标准） 钻石被称为宝石之王 钻石占宝石总销售额的80%。 金刚石最早首先发现于印度（公元前3000–5000年）
世界最大的首饰级金刚石是1905年在南非发现的
“库利南”，重3106克拉（成年男子拳头大小）。 1907年12月9日，南非德兰士瓦地方政府将库里南 赠送给了英王爱德华三世（用15万英磅收购的）作 为生日礼物。让荷兰阿姆斯特丹的阿斯查尔公司 加工的，琢磨费时8个月，加工费8万英磅，库利 南加工成9颗大钻，96颗小钻，总重1063.65克拉， 约为原石重的1/3，其中最大的一颗钻石叫“库利 南Ⅰ”，或“非洲之星Ⅰ”为具64个刻面的梨形 钻石， 重为530.20ct，为现今世界已知的最大钻 石，镶嵌在英国国王的王杖上。
库利南Ⅰ
英王权杖
库里南Ⅱ
英国王冠
天然金刚石是怎样形成的？ 金刚石是在高温、高压下，碳元素的分子结构经过一系列的
超硬材料
超硬材料金刚石---原料2016年12月超硬材料Question：[1]什么是超硬材料？[2]金刚石类型与氮元素含量的关系是什么？[3]金刚石的颜色反映出金刚石的什么信息？1 绪论超硬材料即以金刚石或立方氮化硼单晶等为原料制取的磨料、聚晶及与其它材料结合而成的复合材料及制品。
中国超硬材料的研究从无到有经历的一个历史蜕变。
[1]众所周知在宇宙大爆炸过程中间，首先形成的是像氢和氧这种简单的元素，那么在目前的星际空间中间90%的是氢，而10%的是氦，在这么大的一张元素周期表中间，其余所有元素的含量只占0.1%左右。
那么，就是这0.1%的元素，如碳元素、氮元素、氧元素、硼元素等就组成了我们现在纷繁复杂的物质世界。
仅仅是非常、非常少含量的这些碳元素、氮元素和硼元素等，经过特殊的物理和化学转变过程就成为了世界上最硬的物质。
随着人类文明的发展，凭借其优异的物理、力学性能，超硬材料成为众多材料中的一簇璀璨明星，我们的世界也因为它们而改变。
超硬材料是指硬度可与金刚石相比拟的材料。
目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼与金刚石，但是还有许多超硬材料正在研发中，如碳化硼、富硼氧化物等。
2 超硬材料金刚石概况金刚石俗称“金刚钻”。
纯净的钻石即所谓的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。
钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。
在金刚石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。
每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。
金刚石是自然界中最坚硬的物质。
金刚石的用途非常广泛。
人类文明虽有几千年的历史，但人们发现和初步认识钻石却只有几百年，而真正揭开钻石内部奥秘的时间则更短。
钻石的文化源远流长，如今人们更多地把它看成是爱情和忠贞的象征。
金刚石根据来源不同，可以分为天然和人工合成两类。
天然金刚石的形成和发现极为不易，它是碳在地球深部高温高压的特殊条件下（地下190-300km，压力5-7GPa，1200-1800℃）历经亿万年的“苦修”转化而成的。
超硬材料烧结制品简答
1.酸不溶物测定粉末化学成分的原理是什么？对青铜测定时有什么特殊性？ 答：（1）原理：金属粉末中2SiO ,32O Al ，碳化硅，硅酸盐、粘土等杂质均不溶于酸，为此，可将粉末试样用某种无机酸（铜用3HNO ，铁用HCl ）溶解，滤出沉淀物于900--1000℃下煅烧至恒重，即可计算出粉末中酸不溶物杂质相对含量。
（2）对青铜粉末测定时，由于2SnO 不溶于硝酸，应该扣除该部分含量。
在硝酸不溶物中加入NH4I 于坩埚中加热到425--475℃，煅烧15min ，碘挥发，2SnO 被还原为能溶于硝酸的SnO ，加2--3ml 硝酸使其完全溶解，此时残留物与粉末的质量之比的百分数即为酸的不溶物含量。
2.金属粉末性能测定中利用的沉降天平测粒度分布，其原理是什么？3.答：在静态的流体介质中，不同粒度的颗粒，其自由沉降的速率不同，粗颗粒沉降快，细颗粒沉降慢。
如果让粒度不等的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离或时间后，即能将粉末按粒度的差别分开。
用沉降天平测总重量随沉降时间的变化，得到总重量与沉降时间的实际沉降曲线。
在该曲线上取若干个点，分别作曲线的切线，量出切线的纵截距值，再由各点对应的沉降时间按沉降公式计算粒径，最后，计算所取若干粒级内粉末的百分含量，就可作成粒度分布曲线。
3.松装对粉末的压制性和烧结性影响。
答：对压制性的影响：粉末的压制性包括压缩性和成型性。
颗粒形状越规则，结构越细致，粒度越粗，则松装密度越高，压缩性越好。
一般来说，压缩性好的粉末，其成型性往往较差。
对烧结性影响：烧结过程是粉末体由高能位转变的过程，粉末颗粒越细，形状和结构越复杂，则松装密度越低，有利于扩散和合金均匀，如果粉末粒度形状简单，表面平滑，松装密度高，烧结性差。
4.氢损法测定金属粉末的含氧量的原理。
该方法适用于怎样的金属？为什么说它测定的一般不是全部的氧含量？答：原理：氢损法是将5g 有润滑剂的金属粉末试样放在刚玉舟皿内在纯氢气流中煅烧一段时间，煅烧时，粉末中的洋河请结合生成水汽排出使得粉末总重减少，减少值占粉末试样重量的百分数即为氢损值。
超硬材料的标准
超硬材料标准
一、硬度和韧性
超硬材料的硬度是衡量其性能的重要指标之一。
通常，超硬材料的硬度应达到HRC（Rockwell硬度）80以上，同时具有较高的韧性。
硬度和韧性之间需要达到一定的平衡，以确保材料在承受冲击和压力时不易碎裂。
二、热稳定性
超硬材料应具有良好的热稳定性，即在高温下仍能保持其硬度和强度。
在高温环境下，超硬材料的晶格结构会发生改变，导致其性能下降。
因此，热稳定性的好坏是评估超硬材料的重要指标之一。
三、化学稳定性
超硬材料应具有良好的化学稳定性，即在各种环境条件下不易发生氧化、腐蚀等现象。
例如，在腐蚀性介质中，超硬材料的表面会形成保护膜，以防止进一步腐蚀。
此外，超硬材料还应具有良好的耐高温氧化性能。
四、加工性能
超硬材料的加工性能也是评估其性能的重要指标之一。
良好的加工性能可以提高生产效率和产品质量。
超硬材料的加工性能包括切削加工性能、磨削加工性能、钻孔性能等。
加工过程中应避免产生过热、裂纹、碎裂等现象。
五、纯净度
超硬材料的纯净度也是评估其性能的重要指标之一。
纯净度高的超硬材料中杂质元素含量低，可以提高材料的热稳定性和化学稳定性。
同时，纯净度高的材料还可以提高其硬度和强度。
因此，在生产过程中应采取有效措施控制杂质元素的含量。
超硬材料基础知识大全
超硬材料基础知识大全１超硬材料：金刚石和立方氮化硼及以金刚石和立方氮化硼为主要成分的聚晶、复合片。
2金刚石为什么不适合加工铁基金属材料：由于金刚石在磨削高温下能与Fe基金属材料发生化学作用，金刚石中的碳与这些元素发生作用，生成碳化物，产生粘刀显现，使用寿命缩短，加工质量下降，因此，金刚石不适合加工钢材，包括普通钢和各种韧性合金钢。
此类材料一般使用cBN工具加工。
3超硬材料今后的主要发展方向：单晶合成(采用不同原料、不同的高温高压合成设备和不同工艺，合成不同的单晶产品)单晶分选（合成的单晶产品，按照颗粒形状、粒度、堆积密度、杂质含量以及强度、韧度、耐热性等性能指标的不同进行分选，从而分为不同的单晶晶种）表面镀覆（经过分选的不同品种的单晶，利用化学镀、电镀、真空镀等表面镀覆）聚晶制造（利用金刚石单晶粉末或石墨粉以及适当的金属粉和非金属粉等原材料，按照适当的配方，采用相应的工艺方法（高压高温烧结法或直接生长法），制造具有不同的形状、规格、性能和用途的聚晶）薄膜生长（采用在低压条件下的各种气相沉积生长法，制造具有特殊性能和较大尺寸的金刚石薄膜或类金刚石薄膜）4人造金刚石合成基本方法：动态高压法、静态高压法、化学气相沉积（CVD）--亚稳态生长5静压触媒法：是指在金刚石热力学稳定的条件下，在恒定的高压高温和触媒参与的条件下合成金刚石的方法。
6列举金刚石的主要优异性能：最大硬度、最大热导率、最小压缩率、最宽透光波段、耐腐蚀7金刚石结构的电子结构和晶体结构：电子结构：根据杂化理论，C原子在反应时，激发一个2s电子到2pz轨道上去。
一个s轨道和三个p轨道混合起来，形成四个新轨道---sp3等价杂化轨道，每个sp3杂化轨道具有1/4的s成分和3/4的p成分，形状都相同，这四个轨道的对称轴之间的夹角都是109。
28、。
晶体结构：在金刚石晶体中，每个C原子与相邻的四个C原子按照等价的sp3杂化轨道形成四个共价键。
所有价电子都参与成键，晶体中没有自由电子。
超硬材料及制品手册
超硬材料及制品手册I am fascinated by the world of ultra-hard materials and products and the innovative technologies that are constantly being developed in this field. 超硬材料和制品的世界让我着迷，不断发展的创新技术让人惊叹。
One of the key aspects that make ultra-hard materials stand out is their remarkable strength and durability. 这些超硬材料之所以脱颖而出的关键因素之一是它们出色的强度和耐久性。
Diamond, for example, is one of the hardest materials known to man and is widely used in various industries for cutting, grinding, and drilling applications. 比如说，钻石是人类所知最坚硬的材料之一，被广泛应用于各个行业中的切割、磨削和钻孔等应用领域。
In addition to diamond, there are other ultra-hard materials such as cubic boron nitride (CBN) and polycrystalline diamond (PCD) that offer similar or even superior performance in certain applications. 除了钻石，还有其他超硬材料，比如立方氮化硼（CBN）和多晶金刚石（PCD），在某些应用领域提供着类似甚至更优越的性能。
The ability of ultra-hard materials to withstand extreme conditions and wear makes them invaluable for tasks that require precision and endurance. 超硬材料抵抗极端条件和磨损的能力使它们在需要精密和持久性的任务中无价。
12011第一章 超硬材料与工具
(3)钻具. 用于地质、石油、煤田、工程施工等的勘探和采掘。 (4)锯切工具. 主要用于石材、建筑材料、陶瓷、耐火材料、电碳制 品、半导体、宝石、木材等的切割；也用于马路、机场 跑道、建筑构件的切槽和切断。 (5)拉拔工具。 用于拉拔下列金属材料的丝材及线材，钨、钼、铜、 铝、不锈钢、镀锌钢、钢以及合金等。 (6)修整工具。 用于普通磨具的成型修整、整形、修锐等 (7)其它工具。 用于硬质合金模具、量具刃具加工的手工工具，还有 玻璃刀、医用工具、压砧及压头等。
• 一.与钻探有关的金刚石物理力学性质
a.硬度：莫式硬度10，研磨硬度是刚玉的150倍，是石英的1000 倍； b.强度：天然金刚石抗压强度为8600MP，约为刚玉3.5倍,硬合 金 1.5倍,钢的9倍； c.耐磨性:是刚玉的90倍,硬质合金的40~200倍,钢的2000~5000倍； d.热稳定性;金刚石的导热性好,但随温度升高线膨胀增长较大,易 引起热损伤。
表 镶 金 刚 石 钻 头
立方氮化硼
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一、发展史
公元前800年印度已经发现金刚石； 近代18世纪在巴西、澳大利亚和南非等国相继 发现金刚石； 1965年我国才开始发现原生的宝石级金刚石。 按产地分代表金刚石有：包尔兹、刚果、卡邦 纳多、巴拉斯、牙库特 18世纪末，人们对金刚石进行了研究。 法国 化学家拉瓦锡等人发现金刚石是可燃物质，燃烧 后变为气体。 1797年，英国化学家腾南特通过实验方法研 究证实，金刚石是碳的一种同素异构体。
超硬工具材料的用处
工具技术——超硬工具
100000 10
75000~90000 -
17300 -
14270 8
11200 7
37000~43000 -
超硬材料的性质
• 抗压强度：
金刚石 抗压强度 /MPa 8857 碳化钨 3520 碳化硼 2070 刚玉 2500 钢 1270
• 热稳定性：
与介质有关、与杂质有关
温度/K 953 1123 1023~1073 （750~800℃） 1773~1873 2373 周围介质 氧气 空气 铁或铁基合金 真空或惰性气体 真空或惰性气体 状态 开始氧化 开始氧化 碳溶解于铁 石墨化 全部转化为石墨
超硬材料的合成
• 合成原材料和辅助材料
1）原料：碳-石墨材料 2）催化剂金属或合金： 作用：促进金刚石合成（降低温度与压力） 选择原则：结构匹配、低熔点；对非金刚石碳有较高的溶解 度和活化能力 分类：单体：Fe、Co、Ni等： 二元或多元：Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Mo等 3）传质介质：叶腊石 作用：传压、密封、保温、绝缘
钎焊金刚石工具的制备
② 良好的延展性; ③ 很好的爬升能力, 使金刚石有足 够的凸出高度与良好的容屑能 力; ④ 与金刚石形成有效的冶金化学 结合, 良好的把持力; ⑤ 有较低的熔点, 以降低钎焊温度; ⑥ 较低的成本, 有利于降低钎焊工 具成本。
金属合金与金刚石表面的润湿性
钎料对金刚石的润湿性是研究金刚石钎焊 的主要问题。从物理化学的知识得知，将 某液滴置于固体表面，若液滴和固体界面 的变化能使液-固体系自由能降低，则液滴 将沿固体表面自动流开铺平，这种现象称 为铺展，右图中θ为润湿角，其大小与各界 面张力的数值有关，一般情况下钎焊时希 望钎料的润湿角小于20°
超硬材料的性质
超硬材料基础常识
立方氮化硼的工业应用立方氮化硼是继人造金刚石之后，由温托夫利用类似于合成金刚石的静压触媒法，在1957年制造成功的一种新型人造超硬材料。
20世纪60年代末镀金属的CBN-Ⅱ型产品问世之后，各国开始广泛应用。
我国于1967年合成出样品，1975年开始工业化生产。
立方氮化硼的发展历程，像人造金刚石一样，在有了普通强度的产品之后，进一步向高强度、大颗粒、多品种和专业化方向发展。
目前，CBN的用途集中于两个方面，一是制造磨具，二是制成聚晶用做刀具材料。
一、立方氮化硼磨具立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异，不仅能胜任硬而韧的难磨材料的加工，提高生产率，有利于严格控制工件的形状和尺寸精度，还能有效的提高工件的磨削质量，显著提高磨后工件的表面完整性，因而可以提高零件的疲劳强度，延长使用寿命，增加工作可靠性。
另外立方氮化硼磨料生产国中在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生产好，所以，扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是磨具和刀具工作发展的必然趋势。
1、立方氮化硼的应用条件利用立方氮化硼磨具进行磨削加工属于新兴的先进制造技术。
其复杂程序和技术水平远远高于传统的磨削技术。
人们普遍认为，立方氮化硼的问世是对金属加工的一大贡献，导致磨削发生革命性的变化。
因此，越来越多的厂家对应用立方氮化硼磨削特别感兴趣，但就技术而言，立方氮化硼磨削技术是由4项新技术支持的。
具体见下图：2、立方氮化硼磨具磨削的主要优点立方氮化硼磨具对于黑色金属，特别是硬度高、韧性大、高温强度高、热传导率低的材料具有良好的磨削性能，其金属磨除率是金刚石的10倍，解决了硬而韧的难磨材料的加工问题。
磨具磨削锋利，耐磨性能好，单位磨损量极小。
磨削钢材时的磨削比为4000～10000，是普通磨料高速磨具的120～150倍。
通常，被磨削弓箭的耐用度能提高30%～50%。
CBN磨具形状保持性好，修整更换次数少，从而缩短了总的加工时间，而且有利于实现在自动线上加工。
同一磨具可以磨削不同材料、不同规格的工件，不必更换磨具，机床参数和加工条件不必经常更换，且磨具寿命长，特别适合多品种以及中、小批量磨具生产。
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超硬材料及制品基本知识
一、超硬材料概念:对于超硬材料的含义至今没有一
个公认为满意的解释。
1981年国际硬物质科学会议认为,硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，这就自然包括了金刚石和立方碳化硼。
后来对这个定义进行了补充,认为能加工诸如硬质合金(硬度1600—1８00ＨV)、刚玉（—２00０ＨV）、碳化硅(—22００HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。
目前由于金刚石和立方氮化硼等材料有其极高的硬度，所以统称为超硬材,具有硬度高、耐磨和热传导性能好、热膨胀系数低等优异性能。
二、超硬材料的分类:分为单晶超硬材料和聚晶超硬
材料(也称为“复合超硬材料”）及3．金刚石薄膜三类。
单晶超硬材料和聚晶超硬材料的主要区别为:单晶金刚石/立方氮化硼材料的特点为硬度更高、耐热性更好,但尺寸较小，多用于制造锯片等切割工具;聚晶金刚石/立方氮化硼是指以金刚石和立方氮化硼微粉等单晶超硬材料为主要原料,添加金属或非金属粘结剂通过超高压高温烧结工艺制成的聚晶复合材料。
它的特点是硬度、耐热性略逊于单晶材料,但是由于聚晶超硬材料是内部结构紧密的金刚石致密体,可以增加工具的切割面积，同时克服了单晶超硬材料由于粘结面积小造成的轻易从锯片表面脱落的弊端,具有更高的耐磨性。
金刚石薄膜是用化学气相沉积(CVＤ）法或其它方法在非金刚石衬底上制备出的超硬薄
膜。
它不仅可用于制作各种金刚石刀具,还可作为功能材料用于制作声传感器、扬声器振动膜、红外窗口、Ｘ光检测窗口等，应用领域十分广泛。
国际上从七十年代初开始进行金刚石薄膜的试制并迅速掀起金刚石薄膜研究开发热潮。
我国从八十年代中期开始此项研究，并已列入国家“863计划”，现已能制备出8０ｍm、厚2mm的金刚石薄膜，并在应用研究方面取得了不少成果,但目前总体上仍处于研制阶段,尚未达到工业化应用阶段。
有人预计,金刚石薄膜将是２１世纪金刚石工业的主要材料，各国科学家都在为使金刚石薄膜产业化而不懈努力。
三、金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。
宝石级金刚石,又称钻石，光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。
达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石）,以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交
ﻭ总的来说，复合超硬材料相对于传统合金材料具有强大的替代性,市场潜力更大,广泛应用于机械、冶金、地质、石油、煤炭、石材、建筑等传统领域,电子信息、航天航空、国防等高技术领域以及汽车、家电等新兴产业。
1．1复合超硬材料的主要产品用途ﻭ当前,复合超硬材料的产品主要分为四类:石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片、煤田矿山用聚晶金刚石复合片、聚晶金刚石高品级拉丝模坯和刀具用聚晶金刚石/聚晶立方氮化硼复合片。
(1）石油天然气钻头用聚晶金刚石复合片
石油天然气聚晶金刚石复合片是由无数微小金刚石颗粒和粘结剂混合组成的切削层和硬质合金衬底层在高温高压下烧结合成的，具有很高强度、硬度、耐磨性、抗冲击。