производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 9.2. Материалы для изготовления режущего инструмента / 9.2.3. Сверхтвердые материалы / 9.2.3.1. Строение и свойства

Строение и свойства. Алмаз и кубический нитрид бора (КНБ) имеют кристаллическую решетку, содержащую 18 атомов: 8 атомов расположены в вершинах куба, 6 — в центрах граней и 4 — в центрах четырех из восьми кубов, образованных делением элементарной кубической ячейки тремя взаимно-перпендикулярными плоскостями, проходящими через центры граней (рис. 9.3).

В решетке алмаза все атомы — это атомы углерода (рис. 9.3, а). В решетке кубического нитрида бора атомы бора располагаются в углах куба и центрах его граней, а атомы азота — в центрах четырех из восьми кубов, образованных тремя взаимно-перпендикулярными плоскостями (рис. 9.3, б). При этом элементарной ячейке принадлежат четыре атома азота (каждый из них принадлежит только одной ячейке) и четыре атома бора (каждый из восьми атомов бора, расположенный в углах куба, принадлежит восьми элементарным ячейкам, т.е. на одну ячейку приходится один атом (8 ⋅ 1/8 = 1), а каждый из шести атомов в центрах граней принадлежит двум ячейкам (6 ⋅ 1/2 = 3), т.е. на ячейку приходится три атома). Такая кубическая решетка характерна также для сфалерита (минерал, одна из модификаций цинковой обманки ZnC), поэтому КНБ часто обозначают ВNсф.

Рис. 9.3. Кристаллические решетки алмаза (а) и кубического нитрида бора (б)

Атомы в решетке связаны чрезвычайно прочными ковалентными связями, что определяет свойства алмаза и КНБ. Для них прежде всего характерны очень высокие значения твердости и температуры плавления.

Алмаз — самый твердый из всех известных в природе минералов при микротвердости 100 ГПа (10000 кгс/мм2), модуль упругости Е алмаза также выше, чем у всех известных твердых веществ — 900 ГПа. По этим свойствам кубический нитрид бора уступает только алмазу, его микротвердость составляет 93 ГПа (9250 кгс/мм2), Е - 720 ГПа. Высокая твердость определяет значительную хрупкость. Прочностные характеристики нитрида бора ниже, чем у алмаза.

Преимущества алмаза перед КНБ: более высокая теплопроводность, а также меньший коэффициент термического расширения, но и алмаз, и КНБ превосходят по этим параметрам все прочие инструментальные материалы.

Химическая устойчивость алмаза и КНБ весьма высока. Они не растворяются в концентрированных и разбавленных кислотах. Наблюдается растворимость алмаза в расплавах щелочей, натриевой и калиевой селитрах и соде, вернее, алмаз окисляется и сгорает. Нитрид бора разлагается в расплавах щелочей и солей щелочных металлов при нагреве свыше 400 °С. Применимость алмаза на воздухе ограничена температурами 800... 1000 °С, при нагреве до этих температур он сгорает с выделением углекислого газа, однако без доступа кислорода алмаз стоек до 2000 °С — температуры полиморфного превращения алмаза в графит. Заметное окисление нитрида бора начинается при более высокой температуре — после часовой выдержки при 1200 °С.

При высокой температуре наблюдается активное диффузионное взаимодействие алмаза со сплавами на основе железа. При температурах ниже (α  γ)-превращения (в феррите) растворимость углерода мала — не более 0,02 %, — но при более высокой температуре (в аустените) она резко возрастает (см. рис. 4.2).

Физико-механические свойства алмаза и кубического нитрида бора приведены в табл. 9.2.

Алмаз — природное вещество, а КНБ как вещество в природе не обнаружен. К ювелирным алмазам относятся кристаллы высокого качества, совершенной формы, прозрачные или равномерно окрашенные, без трещин и включений. Их доля в добыче составляет около 20 %.

Масса алмаза и КНБ измеряется в каратах (0,2 г). Алмаз массой в 1 кар имеет средний диаметр около 5 мм. Крупность алмазов обычно невелика. Размеры зерен чаще всего колеблются от долей миллиметра до 5... 10 мм в поперечнике. В некоторых месторождениях размер зерна алмаза составляет сотые доли миллиметра. Однако известны крупные алмазы величиной с грецкий орех, куриное яйцо и даже кулак.

Основная доля добываемых алмазов (80 %) — технические. В технике реализуются уникальные свойства алмаза, в частности его высочайшие твердость и износостойкость.

Развитие технологии высоких давлений позволило в середине 1950-х гг. получить искусственные алмазы в целом ряде стран. Несколько позже, в 1960-е гг., был синтезирован КНБ, В настоящее время синтез алмаза и КНБ освоен во многих странах, в том числе в России. Синтез выполняется в специальных камерах в условиях очень высоких давлений (свыше 5000 МПа) и температур (2500 °С и выше).

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.