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中国极硬材料合成再获突破硬度两倍于金刚石

admin 人造钻石 2021年09月29日

  资料图:极硬材料可用于生产刀头,能有效提高高强度合金材料加工效率。图为已经大规模生产的立方氮化硼刀头

  本报讯(记者高长安通讯员蔡常山)燕山大学教授田永君团队与吉林大学教授马琰铭和美国芝加哥大学教授王雁宾合作,继2013年合成出极硬纳米孪晶立方氮化硼之后再次取得突破,在高温高压下成功地合成出硬度两倍于天然金刚石的纳米孪晶结构金刚石块材。6月12日,研究成果在《自然》上发表。

  天然金刚石一直被公认为自然界中最硬的材料。1955年美国通用电气公司利用高温高压技术在实验室合成人造金刚石单晶后,合成出比天然金刚石更硬的新材料就成为科学界和产业界的共同梦想。2013年,田永君团队首先利用洋葱结构氮化硼前驱物在高压下成功地合成出纳米孪晶结构立方氮化硼,其硬度超过了人造金刚石单晶。

  到目前为止,通过石墨、非晶碳、玻璃碳和碳60等碳前驱体的高压相变还不能获得纳米孪晶结构金刚石。为此,田永君团队及其合作者开始研究洋葱碳在高温高压下的相变过程。在较低温度下洋葱碳在形成纳米孪晶结构立方金刚石的同时还共生出一种单斜结构的金刚石;在较高温度下,碳洋葱转变成了单相的纳米孪晶结构金刚石,孪晶的平均厚度小到5纳米。这种纳米孪晶金刚石具有从未有过的硬度和稳定性:维氏硬度约为天然金刚石的两倍,空气中的起始氧化温度比天然金刚石高出200摄氏度以上。

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