Свръхтвърди материали
Свръхтвърди материали- група от вещества с най-висока твърдост, която включва материали, чиято твърдост и устойчивост на износване надвишава твърдостта и устойчивостта на износване на твърди сплави на базата на волфрамови и титанови карбиди с кобалтово свързващо вещество, сплави на титанов карбид върху никел-молибденово свързващо вещество. Широко използвани свръхтвърди материали: електрокорунд, циркониев оксид, силициев карбид, борен карбид, боразон, рениев диборид, диамант. Свръхтвърдите материали често се използват като абразивни материали.
IN последните годиниголямото внимание на съвременната индустрия е насочено към търсенето на нови видове свръхтвърди материали и усвояването на такива материали като въглероден нитрид, сплав бор-въглерод-силиций, силициев нитрид, сплав титанов карбид-скандиев карбид, сплави на бориди и карбиди на титанова подгрупа с карбиди и бориди на лантанидите.
Фондация Уикимедия.
2010 г.
Вижте какво представляват „свръхтвърди материали“ в други речници:Супер твърди керамични материали
- – композитни керамични материали, получени чрез въвеждане на различни легиращи добавки и пълнители в оригиналния борен нитрид. Структурата на такива материали се формира от плътно свързани малки кристалити и следователно те са... ...
Група от вещества с най-висока твърдост, която включва материали, чиято твърдост и устойчивост на износване надвишава твърдостта и устойчивостта на износване на твърди сплави на основата на волфрамови и титанови карбиди с кобалтово свързващо вещество... ... WikipediaСвръхтвърди плоскости от фазер SM-500 - - се произвеждат чрез пресоване на смляна дървесна маса, обработена с полимери, най-често фенолформалдехид, с добавяне на изсушаващи масла и някои други компоненти. Произвеждат се с дължина 1,2 m, ширина 1,0 m и дебелина 5–6 mm. Подовите настилки са от.....
Енциклопедия на термини, определения и обяснения на строителните материалипрахообразни материали - консолидирани материали, получени от прахове; В литературата терминът "синтеровани материали" често се използва заедно с "прахообразни материали", т.к Един от основните методи за консолидиране на прахове е синтероването. прах.......Енциклопедичен речник
- (фр. abrasif grinding, от лат. abradere изстъргвам) това са материали с висока твърдост и се използват за повърхностна обработка различни материали. Абразивните материали се използват в процесите на шлайфане, полиране,... ... Wikipedia
В Wikipedia има статии за други хора с това фамилно име, вижте Новиков. Wikipedia има статии за други хора на име Новиков, Николай . Новиков Николай Василиевич ... Уикипедия
Шлифоването е механична или ръчна операция за обработка на твърди материали (метал, стъкло, гранит, диамант и др.). Вид абразивна обработка, която от своя страна е вид рязане. Механичното смилане обикновено е... ... Wikipedia
- (от Средновековието, лат. detonatio експлозия, лат. detonо гръм), разпространение на зона на бърза екзотермия със свръхзвукова скорост. хим. радио, следващо фронта на ударната вълна. Ударната вълна инициира радиото, компресирайки и нагрявайки детониращата вода... ... Химическа енциклопедия
Неорганичната химия е дял от химията, свързан с изучаването на структурата, реактивността и свойствата на всички химични елементи и техните неорганични съединения. Тази област обхваща всичко химични съединения, с изключение на органични... ... Уикипедия
- ... Уикипедия
Книги
- Инструментални материали в машиностроенето: Учебник. Grif Министерството на отбраната на Руската федерация, Adaskin A.M.. Учебникът представя материали за производство на режещи, щамповащи, водопроводни, спомагателни, контролни и измервателни инструменти: инструментални, високоскоростни и...
Синтетичните свръхтвърди материали (SHM), използвани за инструменти с остриета, са плътни модификации на въглероден и борен нитрид.
Диамантът и плътните модификации на борния нитрид, които имат тетраедрично разпределение на атомите в решетката, са най-твърдите структури.
Синтетичен диамант и кубичен борен нитрид се получават чрез каталитичен синтез и синтез без катализатор на плътни модификации на борен нитрид при статично компресиране.
Използването на диамант и борен нитрид за производството на инструменти с остриета стана възможно, след като те бяха получени под формата на големи поликристални образувания.
Понастоящем има голямо разнообразие от STM, базирани на плътни модификации на борен нитрид. Различават се по технология на производство, структура и основни физико-механични свойства.
Технологията за тяхното производство се основава на три физико-химични процеса:
1) фазов преход на графитоподобен борен нитрид към кубичен:
BN Gp ® BN Cub
2) фазов преход на вюрцитов борен нитрид към кубичен:
BNVtc ® BN Cub
3) синтероване на BN Cub частици.
Уникални физически и химични свойства(висока химическа стабилност, твърдост, устойчивост на износване) на тези материали се обясняват с чисто ковалентния характер на свързването на атомите в борния нитрид, съчетано с високата локализация на валентните електрони в атомите.
Топлоустойчивостта на инструменталния материал е негова важна характеристика. Широкият диапазон от стойности на термична стабилност за BN (600–1450 ° C), даден в литературата, се обяснява както със сложността физични и химични процеси, възникващи при нагряване на BN, и до известна степен неопределеността на термина „термично съпротивление” по отношение на STM.
Когато се разглежда термичната стабилност на поликристални STMs на базата на диамант и плътни модификации на борен нитрид (те често са композитни и количеството на свързващото вещество в тях може да достигне 40%), трябва да се има предвид, че тяхната термична стабилност може да се определи както от термичната стабилност на BN и диаманта и чрез промени в свойствата на свързващото вещество по време на нагряване и примеси.
От своя страна термичната стабилност на диаманта и BN във въздуха се определя както от термичната стабилност на фазите с високо налягане, така и от тяхната химическа устойчивост при дадени условия, главно по отношение на окислителните процеси. Следователно, термичната стабилност е свързана с едновременното протичане на два процеса: окисление на диаманта и плътни модификации на борен нитрид с атмосферен кислород и обратен фазов преход (графитизация), тъй като те са в термодинамично неравновесно състояние.
Според технологията за производство на диамантени СТМ те могат да бъдат разделени на две групи:
1) диамантени поликристали, получени в резултат на фазовия преход на графит в диамант;
2) диамантени поликристали, получени чрез синтероване на диамантени зърна.
Най-често срещаният размер на зърното е приблизително 2,2 микрона и практически няма зърна, чийто размер надвишава 6 микрона.
Якостта на керамиката зависи от средния размер на зърното и, например, за оксидната керамика намалява от 3,80–4,20 GPa до 2,55–3,00 GPa с увеличаване на размера на зърното, съответно от 2–3 до 5,8–6,5 µm.
Оксидно-карбидната керамика има още по-фино разпределение на размера на зърната и средният размер на зърното на Al 2 O 3 обикновено е по-малък от 2 μm, а размерът на зърното на титановия карбид е 1–3 μm.
Съществен недостатък на керамиката е нейната крехкост - чувствителност към механични и термични шокови натоварвания. Крехкостта на керамиката се оценява чрез коефициента на устойчивост на пукнатини - КСЪС.
Коефициент на устойчивост на пукнатини К C, или критичен коефициентинтензитетът на напрежението при върха на пукнатината е характеристика на устойчивостта на счупване на материалите.
Високата твърдост, якост и модул на еластичност, сложността на механичната обработка и малките размери на STM образците ограничават приложението на повечето използвани в момента методи за определяне на коефициента на устойчивост на пукнатини.
За определяне на коефициента на устойчивост на пукнатини – КС STM те използват метода за диаметрално компресиране на диск с пукнатина и метода за определяне на якостта на счупване на керамиката чрез въвеждане на индентор.
За да се премахне крехкостта на керамиката, са разработени различни състави от оксидно-карбидна керамика.
Включването на моноклинния циркониев диоксид ZrO 2 в керамиката на основата на алуминиев оксид подобрява структурата и по този начин значително увеличава нейната здравина.
Инструментите, оборудвани с поликристални диаманти (PCD), са предназначени за довършителни работи на цветни метали и сплави, неметални материали вместо твърдосплавни инструменти.
Композит 01 и композит 02 - поликристали от кубичен борен нитрид (CBN) с минимално количество примеси - се използват за фино и окончателно струговане, предимно без удар, и челно фрезоване на закалени стомани и чугуни с всякаква твърдост, твърди сплави (Co > 15%) с дълбочина на рязане 0,05–0,50 mm (максимално допустима дълбочина на рязане 1,0 mm).
Композит 05 - поликристален синтерован от CBN зърна със свързващо вещество - използва се за предварително и окончателно струговане без удар на закалени стомани (HRC< 60) и чугунов любой твердости с глубиной резания 0,05–3,00 мм, а также для торцового фрезерования заготовок из чугуна любой твердости, в т. ч. по корке, с глубиной резания 0,05–6,00 мм.
Композит 10 и двуслойни плочи от композит 10D (композит 10 върху подложка от твърда сплав) - поликристали на базата на вюрцитоподобен борен нитрид (WNB) - се използват за предварително и окончателно струговане с и без удар и челно фрезоване на стомани и отливки железа с всякаква твърдост, твърди сплави (Co> 15%) с дълбочина на рязане 0,05–3,00 mm, периодично струговане (наличие на отвори, жлебове и чужди включвания върху обработената повърхност).
По този начин STM инструментите на базата на борен нитрид и диамант имат свои собствени области на приложение и практически не се конкурират помежду си.
Износване на фрези от композити 01, 02 и 10 – сложен процесс преобладаване на адхезивни явления при непрекъснато завъртане.
С повишаване на контактните температури в зоната на рязане над 1000 ° C, ролята на термичните и химични фактори– засилване:
– дифузия;
– химично разлагане на борен нитрид;
– α фазов преход;
– абразивно-механично износване.
Следователно при струговане на стомани със скорости 160–190 m/min износването се увеличава рязко, а при v > 220 m/min то става катастрофално, почти независимо от твърдостта на стоманата.
При периодично струговане (с удар) преобладава абразивно-механичното износване с отчупване и откъсване на отделни частици (зърна) от инструменталния материал; ролята на механичния удар нараства с увеличаване на твърдостта на матрицата на обработвания материал и обемното съдържание на карбиди, нитриди и др.
Най-голямо влияние върху износването и издръжливостта на фрезите при непрекъснато струговане на стомани оказва скоростта на рязане, при струговане с удар - скорост и подаване, при струговане на чугун - подаване, а обработваемостта на ковкия чугун е по-ниска от тази на сивия и чугун с висока якост.
Работен ред
1. Проучете класовете и химичния състав на стоманите и сплавите, класификацията на стоманите по метод на производство и предназначение в зависимост от съдържанието на хром, никел и мед, изисквания за макроструктура и микроструктура, стандартизация на закаляването. Обърнете внимание на процедурата за избор на проби за проверка на твърдостта, микроструктурата, дълбочината на обезвъглеродения слой, качеството на повърхността и счупването.
2. Изследвайте микроструктурата на проби от стомана U10. Оценете микроструктурата на топлинно обработена стомана, като я изследвате под микроскоп MI-1. Заснемете микроструктурата в компютъра и я отпечатайте.
Когато изготвяте доклад, трябва да дадете кратко описание теоретични основиструктура, свойства на материалите за режещи инструменти от въглеродни инструментални стомани, бързорежещи стомани, твърди, свръхтвърди сплави и керамични материали. Предоставете снимки на микроструктурата на стомана U10, получени при изследване под микроскоп MI-1; в надписа посочете режима на термична обработка и структурните компоненти. Резултатите от измерванията на основните параметри на няколко включвания на разглежданата стомана са включени в таблицата. 3.19.
Таблица 3.19
Въпроси за сигурност
1. Класификация на материалите за режещи инструменти.
2. Структура и свойства на инструменталните въглеродни стомани.
3. Структура и свойства на щамповите стомани.
4. Структура и свойства на бързорежещите стомани.
5. Структура и свойства на твърди и свръхтвърди инструментални сплави.
6. Структура и свойства на керамичните инструментални материали.
7. Структура на инструментални въглеродни стомани.
8. Основни свойства, които трябва да притежава материалът за режещи инструменти.
9. Износоустойчивост и топлоустойчивост на режещите инструменти.
10. Какво определя температурата на нагряване на режещия ръб на инструментите?
11. Химичен състав и режими на термична обработка на най-често използваните инструментални стомани.
12. Закаляемост на въглеродни стомани, оценка на прокаляемостта, разпределение на твърдостта.
13. Влиянието на въглеродното съдържание върху свойствата на въглеродните инструментални стомани.
14. Как се определя температурата на закаляване на инструментите?
15. Гореща твърдост и червена устойчивост на бързорежеща стомана.
16. Обратима и необратима твърдост на бързорежещи стомани.
17. Как структурно се създава червеното съпротивление на бързорежещите стомани?
18. Как се характеризира устойчивостта на червено, нейното обозначение.
19. Режими на термична обработка на инструменти от бързорежеща стомана, студена обработка, многократно отвръщане.
20. Стомани за горещи щампи, тяхната топлоустойчивост, топлоустойчивост, якост.
21. Работни температури на режещи инструменти от твърди сплави.
22. Твърдостта на металокерамичните твърди сплави, как се определя?
23. Стомани, използвани за инструменти с остриета.
24. Какво обяснява уникалните физични и химични свойства (висока химическа устойчивост, твърдост, устойчивост на износване) на синтетичните свръхтвърди материали?
25. Съществен недостатък на керамиката.
26. Как се оценява крехкостта на керамиката?
Изследване на зависимостта
състав – структура – свойства За чугуни
Цел на работата:изследване на структурата, състава и свойствата на чугуна и машиностроителния чугун; тяхната класификация и приложение.
Материали и оборудване:събиране на недълбани профили от чугун; металографски комплекс, включващ оптичен микроскоп МИ-1, цифров фотоапарат Nikon Colorpix-4300 с фотоадаптер; офорт (4% разтвор на HNO 3 в алкохол).
Теоретична част
Чугунсе наричат желязо-въглеродни сплави, съдържащи повече от 2,14% въглерод и постоянни примеси - силиций, манган, сяра и фосфор.
Чугуните имат по-ниски механични свойства от стоманите, тъй като повишеното съдържание на въглерод в тях води или до образуването на твърда и крехка евтектика, или до появата на свободен въглерод под формата на графитни включвания с различни конфигурации, които нарушават непрекъснатостта на метална конструкция. Следователно, чугуните се използват за производството на части, които не изпитват значителни натоварвания на опън и удар. Чугунът се използва широко в машиностроенето като материал за леене. Наличието на графит обаче дава на чугуна редица предимства пред стоманата:
– по-лесно се обработват чрез рязане (образуват се крехки стружки);
– имат по-добри антифрикционни свойства (графитът осигурява допълнително смазване на триещите се повърхности);
– имат по-висока устойчивост на износване (нисък коефициент на триене);
– чугуните не са чувствителни към външни концентратори на напрежение (жлебове, отвори, повърхностни дефекти).
Чугуните имат висока течливост, запълват добре формата и имат ниско свиване, поради което се използват за производство на отливки. Частите, изработени от чугунени отливки, са много по-евтини от тези, направени чрез рязане от горещо валцувани стоманени профили или от изковки и щампования.
Химическият състав и по-специално съдържанието на въглерод не характеризират надеждно свойствата на чугуна: структурата на чугуна и неговите основни свойства зависят не само от химичния състав, но и от процеса на топене, условията на охлаждане на леене и режим на термична обработка.
Въглеродът в структурата на чугуна може да се наблюдава под формата на графит и цементит.
В зависимост от състоянието на въглерода, чугуните се разделят на две групи:
1) чугуни, в които целият въглерод е в свързано състояние под формата на цементит или други карбиди;
2) чугуни, в които целият или част от въглерода е в свободно състояние под формата на графит.
Първата група включва белия чугун, а втората включва сивия, ковък и високоякостния чугун.
Според предназначението си чугунът се разделя на:
1) за преобразуване;
2) машиностроене.
Конверсионните се използват главно за производство на стомана и ковък чугун, а машиностроителните се използват за производство на отливки на детайли в различни отрасли: автомобилостроене и тракторостроене, машиностроене, селскостопанско машиностроене и др.
Бял чугун
В белите чугуни целият въглерод е в химично свързано състояние (под формата на цементит), т.е. те кристализират, подобно на въглеродните стомани, съгласно метастабилната диаграма Fe - Fe 3 C. Те са получили името си от специфичния матов бял цвят на счупването, поради наличието на цементит в структурата.
Белият чугун е много крехък и твърд и трудно се обработва с режещи инструменти. Чистите бели чугуни рядко се използват в машиностроенето; обикновено се преработват в стомана или се използват за производство на ковък чугун.
Структурата на белия чугун при нормална температура зависи от съдържанието на въглерод и съответства на диаграмата на равновесното състояние "желязо-цементит". Тази структура се образува в резултат на ускорено охлаждане по време на леене.
В зависимост от съдържанието на въглерод белите чугуни се делят на:
1) хипоевтектичен, съдържащ от 2 до 4,3% въглерод; състоят се от перлит, вторичен цементит и ледебурит;
2) евтектика, съдържаща 4,3% въглерод, се състои от ледебурит;
3) евтектика, съдържаща от 4,3 до 6,67% въглерод, се състои от перлит, първичен цементит и ледебурит.
a b c
ориз. 4.1. Микроструктура на бял чугун, × 200:
А– хипоевтектични (ледебурит, перлит + вторичен цементит);
b– евтектика (ледебурит);
V– хиперевтектичен (ледебурит + първичен цементит)
Перлитът в белия чугун се наблюдава под микроскоп под формата на тъмни зърна, а ледебуритът се наблюдава под формата на отделни участъци от колонии. Всяка такава област е смес от малки заоблени или удължени тъмни перлитни зърна, равномерно разпределени в бяла циментитна основа (фиг. 4.1, А). Вторичен цементит се наблюдава под формата на светли зърна.
С увеличаване на концентрацията на въглерод в хипоевтектичен чугун, делът на ледебурит в структурата се увеличава поради намаляване на площите на структурата, заети от перлит и вторичен цементит.
Евтектичният чугун се състои от един структурен компонент - ледебурит, който е еднородна механична смес от перлит и цементит (фиг. 4.1, b).
Структурата на хиперевтектичния чугун се състои от първичен цементит и ледебурит (фиг. 4.1, V). С увеличаване на въглерода количеството на първичния цементит в структурата се увеличава.
Свързана информация.
Какви материали се считат за свръхтвърди? Какъв е обхватът им на приложение? Има ли материали по-твърди от диаманта? За това говори професорът, доктор по кристалография Артем Оганов.
Свръхтвърдите материали са материали с твърдост над 40 гигапаскала. Твърдостта е свойство, което традиционно се измерва чрез надраскване. Ако един материал надраска друг, се счита, че има по-висока твърдост. Това е относителна твърдост, тя няма строги количествени характеристики. Строгите количествени характеристики на твърдостта се определят с помощта на тест под налягане. Когато вземете пирамида, обикновено направена от диамант, приложете известна сила и натиснете пирамидата върху повърхността на вашия тестов материал, измерете налягането, измерете площта на вдлъбнатината, прилага се корекционен фактор и тази стойност ще бъде твърдостта на вашия материал. Има измерението на налягането, защото е сила, разделена на площ, така че гигапаскали (GPa).
40 GPa е твърдостта на кубичния поликристален борен нитрид. Това е класически супертвърд материал, който се използва широко. Най-твърдият материал, познат на човечеството досега, е диамантът. От дълго време има опити, които продължават и до днес, да се открие материал, по-твърд от диаманта. Засега тези опити не са довели до успех.
Защо са необходими свръхтвърди материали? Броят на свръхтвърдите материали е малък, около десет, може би петнадесет материала, известни днес. Първо, свръхтвърдите материали могат да се използват за рязане, полиране, шлайфане и пробиване. За задачи, свързани с машиностроенето, производството на бижута, обработката на камъни, минното дело, сондажите и т.н., всичко това изисква свръхтвърди материали.
Диамантът е най-твърдият материал, но не е най-оптималният материал. Факт е, че диамантът, първо, е крехък, и второ, диамантът гори в кислородна атмосфера. Представете си свредло, което се нагрява до висока температура в кислородна атмосфера. Диамантът, тъй като е елементарен въглерод, ще изгори. И освен това диамантът не може да реже стомана. защо Тъй като въглеродът реагира с желязото, за да образува железен карбид, което означава, че вашият диамант просто ще се разтвори в стомана при достатъчно висока температура, така че трябва да потърсите други материали. Освен това диамантът, разбира се, е доста скъп; дори синтетичният диамант не е достатъчно евтин материал.
Освен това свръхтвърдите материали все още могат да бъдат полезни в бронежилетки и други защитни военни устройства. По-специално, широко се използва материал като борен карбид, който също е супер твърд и доста лек. Това е обхватът на приложение на свръхтвърдите материали.
Известно е, че свръхтвърдите материали се образуват във вещества със силни ковалентни връзки. Йонното свързване намалява твърдостта. Металната връзка също намалява твърдостта. Връзките трябва да са здрави, насочени, тоест ковалентни и възможно най-къси. Плътността на веществото също трябва да бъде възможно най-висока, плътност в смисъла на броя на атомите в единица обем. И, ако е възможно, симетрията на веществото също трябва да бъде много висока, така че веществото да е еднакво силно и в тази посока, и в тази, и в тази. В противен случай историята ще бъде същата като при графита, където връзките са много силни, но само в две посоки, а в третата посока връзките между слоевете са изключително слаби, в резултат на което веществото също е меко.
Много институти, много лаборатории по света се занимават със синтеза и разработването на свръхтвърди материали. По-специално това са Институтът по физика на високото налягане в Московска област, Институтът по свръхтвърди и нови въглеродни материали в Московска област, Институтът по свръхтвърди материали в Киев и редица лаборатории на Запад. Активните разработки в тази област започнаха, мисля, през 50-те години, когато за първи път бяха произведени изкуствени диаманти в Швеция и Америка. Първоначално тези разработки бяха секретни, но скоро синтезът на изкуствени диаманти беше установен и в Съветския съюз, именно благодарение на работата на изследователи от Института по физика на високото налягане и Института за свръхтвърди материали.
Има различни опити за създаване на материали, по-твърди от диаманта. Първият опит беше базиран на фулерени. - това са молекули, подобни на футболна топка, кухи молекули, кръгли или донякъде удължени. Връзките между тези молекули са много слаби. Тоест, това е молекулярен кристал, състоящ се от здрави молекули. Но връзките между молекулите са слаби, Ван дер Ваалс. Ако този вид кристал се притисне, тогава ще започнат да се образуват връзки между молекулите, между тези топки и структурата ще се превърне в триизмерно свързана ковалентна много твърда структура. Този материал е наречен тиснумит в чест на Технологичния институт за свръхтвърди и нови въглеродни материали. Предполагаше се, че този материал е по-твърд от диаманта, но допълнителни изследвания показаха, че това най-вероятно не е така.
Има предложения и доста активни дискусии, че въглеродните нитриди могат да бъдат по-твърди от диаманта, но въпреки активните дискусии и активни изследвания, такъв материал все още не е представен на света.
Имаше доста забавна работа на китайски изследователи, в която те предположиха, въз основа на теоретични изчисления, че друга модификация на въглерода е подобна на диаманта по много начини, но е малко по-различна от него и се нарича лонсдейлит. Според тази работа лонсдейлитът е по-твърд от диаманта. Lonsdaleite е интересен материал; тънки ламели от този материал са открити в ударно компресиран диамант. Този минерал е кръстен на известна женаКатлийн Лонсдейл, великият британски кристалограф, живял през 50-70-те години на 20 век. Тя имаше изключително интересна биография, тя дори прекара известно време в затвора, когато отказа да гаси пожари по време на Втората световна война. Тя беше квакер по религия и на квакерите бяха забранени всякакви дейности, свързани с война, дори гасене на пожари. И за това я тикнаха в огнището. Но въпреки това всичко беше наред с нея, тя беше президент на Международния съюз по кристалография и този минерал беше кръстен в нейна чест.
Lonsdaleite, съдейки по всички налични експериментални и теоретични данни, все още е по-мек от диаманта. Ако погледнете работата на тези китайски изследователи, можете да видите, че дори според техните изчисления лонсдейлитът е по-мек от диаманта. Но по някакъв начин заключението беше направено в противоречие с техните собствени резултати.
Така се оказва, че няма реален кандидат да измести диаманта като най-твърдото вещество. Но въпреки това въпросът си заслужава да бъде проучен. Все пак много лаборатории все още се опитват да създадат такъв материал. Използвайки нашия метод за прогнозиране на кристални структури, решихме да зададем този въпрос. И проблемът може да се формулира по следния начин: вие не търсите вещество, което има максимална стабилност, а вещество, което има максимална твърдост. Вие посочвате диапазон химически състави, например, от чист въглерод до чист азот и всичко между тях, всички възможни въглеродни нитриди са включени във вашето изчисление и еволюционно се опитват да намерят все по-твърди състави и структури.
Най-твърдото вещество в тази система е същият диамант и добавянето на азот към въглерода не подобрява нищо в тази система.
По този начин хипотезата за въглеродните нитриди като вещества, по-твърди от диаманта, може да бъде погребана.
Опитахме всичко останало, което беше предложено в литературата, различни форми на въглерод и така нататък - във всички случаи диамантът винаги печелеше. Така че изглежда, че диамантът не може да бъде премахнат от този пиедестал. Но е възможно да се измислят нови материали, които са за предпочитане пред диаманта в редица други отношения, например по отношение на устойчивост на напукване или по отношение на химическа устойчивост.
Например елементарен бор. Открихме структурата, нова модификация на бора. Публикувахме тази статия през 2009 г. и тя предизвика огромен отзвук. Структурата се получава чрез прилагане на лек натиск върху обикновения бор и нагряването му до високи температури. Нарекохме тази форма гама-бор и се оказа, че тя съдържа частична йонна химична връзка. Всъщност това е нещо, което леко ще намали твърдостта, но поради високата си плътност, тази модификация все пак се оказва най-твърдата известна модификация на бор, нейната твърдост е около 50 GPa. Натискът за синтез е малък и следователно по принцип може дори да се мисли за неговия синтез в доста големи обеми.
Предвидихме редица други свръхтвърди фази, като фази в системата волфрам-бор, хром-бор и т.н. Всички тези фази са свръхтвърди, но тяхната твърдост все още е в долния край на този диапазон. Те са по-близо до марката 40 GPa, отколкото до марката 90–100 GPa, която съответства на твърдостта на диаманта.
Но търсенето продължава, ние не се отчайваме и е напълно възможно ние или други наши колеги, работещи по тази тема по света, да успеем да изобретим материал, който може да се синтезира при ниско налягане и който ще бъде близък до диаманта твърдост. Ние и други колеги вече направихме нещо в тази област. Но как да се приложи това технологично, все още не е напълно ясно.
Ще ви разкажа за нова форма на въглерод, която всъщност е била произведена експериментално през 1963 г. от американски изследователи. Експериментът беше концептуално доста прост: те взеха въглерод под формата на графит и го компресираха при стайна температура. Факт е, че не можете да получите диамант по този начин; диамантът изисква силно нагряване. Вместо диамант в техните експерименти се образува прозрачна свръхтвърда неметална фаза, но въпреки това не беше диамант. И това по никакъв начин не съответстваше на характеристиките на никоя от известните форми на въглерод. Какво има, що за структура е това?
Съвсем случайно, докато изучавахме различни въглеродни структури, се натъкнахме на една структура, която беше малко по-ниска от диаманта по стабилност. Само три години след като видяхме тази структура, разгледахме я, дори я публикувахме някъде между редовете, ни просветна, че би било хубаво да сравним свойствата на тази структура с това, което е публикувано от всички тези изследователи от 1963 г. до съвсем скорошни години. И се оказа, че има пълно съвпадение. Бяхме щастливи, бързо публикувахме статия в едно от най-престижните списания, The Physical Review Letters, а година по-късно в същото списание е публикувана статия от американски и японски изследователи, които откриват, че напълно различна структура на въглерода също описва същите експериментални данни. Проблемът е, че експерименталните данни бяха с доста лоша резолюция. Кой е прав?
Скоро швейцарски и китайски изследователи предложиха редица модификации. И към края един китайски изследовател публикува около четиридесет въглеродни структури, повечето от които също описват същите експериментални данни. Той ми обеща, че ако не го мързи, ще предложи още около стотина конструкции. И така, каква е правилната структура?
За целта трябваше да изследваме кинетиката на превръщането на графита в различни въглеродни структури и се оказа, че имахме голям късмет. Оказа се, че нашата структура е най-предпочитана от гледна точка на кинетиката на трансформацията.
Месец след публикуването на нашата статия беше публикувана експериментална работа, в която експериментаторите направиха най-точния експеримент с данни с много по-добра резолюция от преди и наистина се оказа, че от всички тези десетки публикувани структури, само една структура обяснява експерименталните данни - това все още е нашата структура. това нов материалнарекохме го М-въглерод, защото симетрията му е моноклинна, от първата буква М.
Този материал е само малко по-нисък по твърдост от диаманта, но все още не е ясно дали има някакво свойство, в което да превъзхожда диаманта.
Досега това е, може да се каже, „нещо само по себе си“. Ние продължаваме нашето търсене и се надяваме, че ще успеем да изобретим материал, който, макар и да не е много по-нисък от диаманта по твърдост, значително ще го надмине по всички останали характеристики.
Един от начините за подобряване на механичните характеристики на веществата е тяхното наноструктуриране. По-специално, твърдостта на същия диамант може да бъде увеличена чрез създаване на диамантени нанокомпозити или диамантени нанополикристали. В такива случаи твърдостта може да се увеличи дори 2 пъти. И това беше направено от японски изследователи и сега можете да видите продуктите, които те произвеждат, доста големи, от порядъка на кубичен сантиметър, диамантени нанополикристали. Основният проблем с тези нанополикристали е, че са толкова твърди, че е почти невъзможно дори да се полират и е необходима цяла лаборатория, за да се полира със седмици.
По този начин можете както да промените химията, да промените структурата на дадено вещество в търсене на подобряване на неговата твърдост и други характеристики, така и да промените размерите.
Към инструментал свръхтвърди материаливключват диаманти и материали на базата на кубичен борен нитрид. Разграничете естествено(А) и синтетичен(AS) диаманти.Диамантът е най-твърдият материал. Има висока устойчивост на износване, добра топлопроводимост, ниски коефициенти на линейно и обемно разширение, нисък коефициент на триене и ниска адхезия към метали, с изключение на желязо и стомана. Силата на диаманта обаче е ниска. Твърдостта и здравината на диаманта варира в различни посоки. По-лесно е да се обработва диамант в посока, успоредна на повърхностите на кристала, тъй като в тази посока атомите са най-отдалечени един от друг. Термоустойчивостта на диаманта се характеризира с факта, че при температура от около 800 ° C при нормални условия той започва да се трансформира в графит. В същото време диамантът има най-висока абразивна способност в сравнение с други абразивни материали. Недостатъците на диаманта включват способността му бързо да се разтваря в желязото и неговите сплави при температури от 750...800 °C. Диамантените инструменти се характеризират с висока производителност и издръжливост. Най-ефективно се използва при об-
обработка на твърди сплави, цветни метали и техните сплави, титан и неговите сплави, както и пластмаси. Това гарантира висока точност на размерите и качество на повърхността.
По ред на увеличаване на здравината, намаляване на крехкостта и специфичната повърхност, синтетичните диамантени шлифовъчни прахове са подредени, както следва: AC2 (ASO), AC4 (ASR), AC6 (ASV), AC15 (ASK), AC32 (ACC). Зърната AC2 се задържат добре в свързващо вещество и се препоръчват за изработване на инструменти с органично свързващо вещество. Зърната AC4 са предназначени главно за производство на различни инструменти върху метални и керамични връзки, AC6 - инструменти върху метални връзки, работещи при високи специфични налягания, AC 12 - за обработка на камък и други твърди материали, AC32 - за обработка на абразивни колела, обработка на корунд, рубин и други особено твърди материали.
От естествени диаманти се използват микропрахове от марките AM и AN, а от синтетични диаманти ACM и ASN. Микропраховете AM и ACM с нормална абразивна способност са предназначени за производство на абразивни инструменти, използвани за обработка на твърди сплави и други твърди и крехки материали, както и детайли от стомана, чугун и цветни метали, когато е необходимо да се получи висока чистота на повърхността.
Микропраховете AN и ASN, които имат повишена абразивна способност, се препоръчват за обработка на свръхтвърди, чупливи, трудни за обработка материали. Размерът на зърното на праховете се обозначава с дроб, чийто числител съответства на най-големия, а знаменателят - най-малък размерзърна от основната фракция.
За да се увеличи ефективността на диамантените абразивни инструменти, се използват диамантени зърна, покрити с тънък метален филм. Като покрития се използват метали с добри адхезивни и капилярни свойства по отношение на диаманта - мед, никел, сребро, титан и техните сплави. Покритието увеличава адхезията на зърната към свързващото вещество, насърчава отстраняването на топлината от зоната на рязане и осигурява способността за ориентиране на зърната в магнитно поле по време на производството на инструмента.
Кубичен борен нитрид (елбор, кубонит) се използват за обработка на детайли от стомана и чугун. Той е особено ефективен
приложение за крайно и профилно шлифоване на термично обработени детайли от високолегирани конструкционни топлоустойчиви и корозионноустойчиви стомани с висока твърдост и заточване на стомана режещ инструмент. В същото време консумацията на абразивни инструменти се намалява с 50-100 пъти в сравнение с консумацията на електрокорунд.
В зависимост от показателя за механична якост, elbor се разделя на степени: LO - нормална якост, LP - повишена механична якост, L KV - висока якост. CBN с нормална механична якост се използва за производство на инструменти с органична връзка и шлифовъчна хартия, CBN с повишена механична якост се използва за производство на инструменти с керамични и метални връзки, за грубо шлайфане, дълбоко заточване и обработка на изработени детайли от трудни за рязане конструкционни стомани. Марката Elbor L KV се използва за производство на металосвързани инструменти, предназначени за работа в трудни условия.
Кубонитът се произвежда в две степени: KO - нормална якост, KR - повишена якост. В допълнение, две степени на микропрахове се произвеждат от кубонит: нормална (KM) и повишена (KN) абразивна способност. Инструментите от кубонит имат същите експлоатационни характеристики като CBN инструментите. Използва се за същите цели.
Материалознание: бележки от лекции Алексеев Виктор Сергеевич
2. Свръхтвърди материали
2. Свръхтвърди материали
За производството на различни режещи инструменти в момента в различни индустрии, включително машиностроенето, се използват три вида свръхтвърди материали (SHM): естествени диаманти, поликристални синтетични диаманти и композити на базата на борен нитрит (CBN).
Естествените и синтетичните диаманти имат такива уникални свойства като най-висока твърдост (HV 10 000 kgf / mm 2), те имат много ниски: коефициент на линейно разширение и коефициент на триене; висока: топлопроводимост, устойчивост на лепило и устойчивост на износване. Недостатъците на диамантите са ниска якост на огъване, крехкост и разтворимост в желязо при сравнително ниски температури (+750 ° C), което не позволява използването им за обработка на желязо-въглеродни стомани и сплави при високи скорости на рязане, както и при периодично рязане и вибрации . Естествени диамантисе използват под формата на кристали, фиксирани в металното тяло на фрезата.Синтетичните диаманти от марките ASB (balas) и ASPC (carbonado) са подобни на естествените диаманти.Имат поликристална структура и имат по-високи якостни характеристики.
Естествени и синтетични диамантиНамират широко приложение при обработката на медни, алуминиеви и магнезиеви сплави, благородни метали (злато, сребро), титан и неговите сплави, неметални материали (пластмаси, текстолит, фибростъкло), както и твърди сплави и керамика.
Синтетични диамантиВ сравнение с естествените, те имат редица предимства поради по-високите си якостни и динамични характеристики. Те могат да се използват не само за струговане, но и за фрезоване.
Композитене свръхтвърд материал на базата на кубичен борен нитрид, използван за производството на режещи инструменти. По твърдост композитът се доближава до диаманта, значително го надвишава по устойчивост на топлина и е по-инертен към черни метали, което определя основната му област на приложение - обработката на закалени стомани и чугуни. В индустрията се произвеждат следните основни марки STM: композит 01 (elbor - R), композит 02 (belbor), композит 05 и 05I и композит 09 (PTNB - NK).
Композитите 01 и 02 имат висока твърдост (HV 750 kgf/mm2), но ниска якост на огъване (40–50 kg/mm2). Основната им област на приложение е фино и фино безударно струговане на детайли от закалени стомани с твърдост HRC 55–70, чугуни с всякаква твърдост и твърди сплави от степени VK 15, VK 20 и VK 25 (HP ^ 88–90), с подаване до 0,15 mm /об и дълбочина на рязане 0,05-0,5 mm. Композитите 01 и 02 могат да се използват и за фрезоване на закалени стомани и чугуни, въпреки наличието на ударни натоварвания, което се обяснява с по-благоприятната динамика на фрезоване. По отношение на твърдостта композит 05 заема междинна позиция между композит 01 и композит 10 и неговата якост е приблизително същата като тази на композит 01. Композитите 09 и 10 имат приблизително еднаква якост на огъване (70-100 kgf/mm 2) .
От книгата Металообработване автор Коршевер Наталия ГавриловнаМатериали За коване в малка ковачница можете да използвате доста голям брой различни металии сплави. Повечето продукти са изработени от стомана от различни степени. Както беше споменато по-рано, най-подходяща за ръчно коване е т.нар
От книгата Създаване на Android робот със собствените си ръце от Lovin JohnМатериали Формовъчни материали С всякакви инструменти и приспособления, модел и пясъчна смес, която се нарича формоване, може да се направи леярска форма. В него се излива метал. Този процес е производството на отливката. Производствен процес
От книгата Материалознание: бележки от лекции автор Алексеев Виктор СергеевичПиезоелектрични материали Има голямо разнообразие от пиезоелектрични сензори. Пиезоелектричните сензори могат да отчитат вибрации, удари и топлинно излъчване. Pennwall произвежда уникален продукт, наречен пиезоелектрик
От книгата Изграждане на къща от основата до покрива автор Хворостухина Светлана АлександровнаЛЕКЦИЯ № 10. Твърди и свръхтвърди сплави 1. Твърди сплави и режеща керамика Твърдите сплави и режещата керамика се произвеждат по методите на праховата металургия. Праховата металургия е област на технологията, обхващаща набор от производствени методи
От книгата Селско строителство. Най-модерното строителство и довършителни материали автор Страшнов Виктор Григориевич1. Неметални материали Още през втората половина на 20в. В нашата страна се обръща много внимание на използването на неметални материали в различни сектори на промишлеността и националната икономика като цяло. Производството на най
От книгата История на електротехниката автор Авторски колектив4. Композитни материали В различни сектори на икономиката на страната, включително строителството, широко се използват различни композитни материали на базата на натрошена дървесина: плочи от дървесни частици, плочи от дървесни влакна, дървесен бетон, фазер, плочи
От книгата Покриви. Устройство и ремонт автор Плотникова Татяна Федоровна3. Хидроизолационни материали В строителството, жилищните и комуналните услуги се използват широко различни хидроизолационни материали, които са предназначени да предпазват строителни конструкции, сгради и конструкции от вредното въздействие на вода и химически агресивни течности -
От книгата на автора4. Електроизолационни материали В контекста на широкото използване на различни електрически инсталации в почти всички сектори на промишлеността и икономиката на страната като цяло, електроизолационните материали станаха широко използвани. Най-важната характеристика
От книгата на автора5. Смазочни материали В съответствие със стандарта, смазочните материали се класифицират според техния произход, физическо състояние, наличие на добавки, предназначение и температура на употреба Въз основа на техния произход или изходни суровини, смазочните материали се разделят
От книгата на автораМатериали Невъзможно е да се определи точно кои материали са първични и кои вторични. Тук всичко е важно. Неправилният избор на плочки може да повлияе на естетическата страна, а неправилният избор на лепилния слой (долния слой) може да повлияе
От книгата на автора От книгата на автора От книгата на автора10.4.1. МЕКИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ В продължение на много години структурна нисковъглеродна стомана St10 със съдържание на въглерод от 0,1% се използва за масивни магнитни ядра. Изискванията за увеличаване на магнитната индукция и намаляване на коерцитивната сила доведоха до развитието
От книгата на автора10.4.3. ФЕРИМАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ В момента се обръща голямо внимание на феритите. Феритите водят началото си от магнетита, естествен постоянен магнит, познат в човешката история. Естествен минерал - железен ферит, или
От книгата на автора10.4.4. ТВЪРДИ МАГНИТНИ МАТЕРИАЛИ До 1910 г. постоянните магнити са направени от въглеродна стомана, тъй като тази стомана има относително малка коерцитивна сила Hc и голяма индукция Br, съотношението на дължината на магнитите към напречното сечение е голямо.
От книгата на автораНеобходими материали Суровините за циментовите плочки са портландцимент и кварцов пясък За да се придаде гладка повърхност на циментовите плочки, те обикновено се покриват със слой акрилна или акрилно-силикатна боя. Защитният слой боя му осигурява висока
