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Extrem hartes kubisches Bornitrid

Apr 23, 2019

Ultraharte Materialien beziehen sich hauptsächlich auf Diamant und kubisches Bornitrid . Sie eignen sich zur Herstellung von Werkzeugen zur Bearbeitung anderer Werkstoffe, insbesondere von harten Werkstoffen. Sie haben unvergleichliche Vorteile und nehmen eine unersetzliche wichtige Position ein. Superharte Werkstoffe werden nicht nur zur Herstellung von Werkzeugen verwendet, sondern haben auch besondere Eigenschaften in Optik, Elektrizität und Thermologie. Sie sind wichtige Funktionsmaterialien und haben große Aufmerksamkeit und umfangreiche Forschung auf sich gezogen.

In den letzten zwei Jahrzehnten widmeten sich bedeutende Forschungsinstitute in China theoretischen und experimentellen Untersuchungen von superharten Materialien. Ein Mikromodell der kovalenten Kristallhärte wurde unter Berücksichtigung des chemischen Inputs etabliert, das das erkannte Problem der quantitativen Vorhersage der Härte auf der Grundlage der atomaren Anordnung von Kristallen löste und das quantitative Design superharter Materialien realisierte. Auf dieser Basis wird das Härtungsmodell von polykristallinen kovalenten Materialien weiter etabliert. Es wurde festgestellt, dass die Härte von polykristallinen kovalenten Materialien im Nanomaßstab auf den gemeinsamen Beitrag des Hall-Page-Effekts und des Quanten-Confinement-Effekts zurückzuführen ist. Das Grundprinzip der kontinuierlichen Härtung und Stabilisierung von polykristallinen superharten Materialien mit abnehmender Mikrostrukturgröße wird geklärt. Unter der Anleitung der obigen Theorie hat die Forschungsgruppe in den letzten Jahren viele technische Schwierigkeiten durchbrochen. Ultrafeine NANO-TWIN-Struktur von kubischen Bornitrid- (nt-cBN-) und Diamant- (nt-Diamant-) Blöcken wurde sukzessive unter Verwendung von Zwiebelvorläufern unter hoher Temperatur und hohem Druck hergestellt. Die durchschnittliche Zwillingsdicke wurde auf 3,8 bzw. 5 nm reduziert. Die Härte, Zähigkeit und thermische Stabilität von Nano-Twinning-Materialien werden offensichtlich verbessert. Die Härte von nt-cBN beträgt 108 GPa, was mit der von Diamant-Einkristall vergleichbar ist, während die Härte von nt-Diamant 200 GPa beträgt, das Doppelte der von natürlichem Diamant.

Kürzlich untersuchte das Team von Akademiker Tian Yongjun den Einfluss der Partikelgrößenänderung des Bornitrid (oBN) -Vorläuferpulvers auf die Struktur und Eigenschaften der synthetisierten Produkte.

Zunächst wurden vier Arten von oBN-Vorläuferpulvern mit unterschiedlichen Größen und Größen durch Hochgeschwindigkeitszentrifuge getrennt. Die vier Vorläuferpulver haben eine ähnliche Zwiebelstruktur, aber ihre innere Feinstruktur ist ziemlich unterschiedlich. Es wurde festgestellt, dass es viele Biege-, Falt- und Stapelfehler-Bornitridschichten hoher Dichte in kleiner Größe von oBN gibt, während große Größe von oBN eine flachere und geordnetere äußere Struktur aufweist, die der Graphitstruktur von hexagonalem Bornitrid (hBN) ähnelt weniger Mängel Unter Verwendung von oBN-Vorläuferpulvern mit unterschiedlichen Teilchengrößen zur Synthese bei hoher Temperatur und hohem Druck können cBN-Blöcke mit unterschiedlicher Struktur hergestellt werden. Bei großflächigem oBN mit flacher, geordneter Bornitridschicht werden nano-polykristalline cBN-Blöcke mit größeren inneren Körnern und geringerer Zwillingsdichte in den Körnern eher erzeugt, während bei kleinem oBN mit einer großen Anzahl von Fehlern leicht hohe Dichte erzeugt werden kann und ultrafeines NANO-TWIN nt-cBN.

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Es wurde gefunden, dass die Teilchengröße der oBN-Vorläuferpulver die Struktur und die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts signifikant beeinflusste. Wenn die durchschnittliche Teilchengröße des oBN-Vorläuferpulvers von 320 auf 90 nm abnimmt, steigt die Vickers-Härte des synthetisierten nanostrukturierten Volumens von 61 GPa auf 108 GPa. Diese Arbeit zeigt, dass nur oBN-Vorläuferpulver mit geringer Partikelgröße nt-cBN-Blöcke mit hervorragenden Eigenschaften und hoher Dichte und ultrafeiner NANO-TWIN-Struktur herstellen können. Sie zeigt die Entwicklungsrichtung auf, um die Twin-Struktur weiter zu verfeinern und bessere nt-cBN- und nt-Diamanten zu erhalten.