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                    鄭州華晶金剛石股份有限公司

                    燕山大學田永君院士團隊成功研發新型超硬材料——納米晶立方碳化硅

                    關鍵詞 納米晶立方碳化硅|2022-05-13 08:57:21|來源 磨料磨具
                    摘要 超硬材料是指維氏硬度超過40GPa的材料,可分為天然以及人造兩種。前者主要包括天然的鉆石,后者則包括人造金剛石、立方氮化硼等。憑借高硬度,超硬材料被制作成加工其它材料的工具,用在航...

                           超硬材料是指維氏硬度超過40 GPa的材料,可分為天然以及人造兩種。前者主要包括天然的鉆石,后者則包括人造金剛石、立方氮化硼等。憑借高硬度,超硬材料被制作成加工其它材料的工具,用在航空航天、國防軍工、石油勘探、機床、汽車等領域。除了用來制造工具之外,超硬材料在光學、電學、熱學方面具有一些特殊性能,是一種重要的功能材料,引起了人們的高度重視,這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開發。
                           燕山大學田永君院士團隊一直致力于高性能超硬材料的制備,2013年該團隊在多晶超硬材料合成技術和超硬材料硬化機理研究方面取得突破性進展,利用高溫高壓技術成功合成出硬度超過人造金剛石單晶的納米孿晶結構立方氮化硼材料,這一原創性成果發表在2013年1月17日的《Nature》雜志上,并且入選了2013年度中國科學十大進展和中國高等學校十大科技進展。隨后再次取得突破,在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結構金剛石塊材。研究成果發表在2014年6月11日的《Nature》雜志上。 
                          燕山大學田永君院士團隊高國英、徐波教授將納米結構化策略引入到立方碳化硅這一傳統的硬質材料,立方碳化硅即β-SiC,是眾所周知的典型硬度<30 GPa的硬質材料,但將立方碳化硅的硬度提高到超過40 GPa的超硬閾值仍然是一個重大挑戰。 
                           田永君院士團隊高國英教授、徐波教授通過高溫高壓燒結納米顆粒制備出了納米晶立方碳化硅塊體,根據燒結條件,這些立方碳化硅塊體被致密地燒結,平均晶粒尺寸低至10 nm,并且維氏硬度隨著晶粒尺寸的減小而增加,在25 GPa和1400 ℃下燒結的塊體顯示出10 nm的平均晶粒尺寸和41.5 GPa的維氏硬度,成功將立方碳化硅這一傳統硬質材料提升為超硬材料,可媲美單晶立方氮化硼。其顯微組織結構見圖1。

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                           將立方碳化硅的硬度提高到超硬閾值(40 GPa)以上是超硬材料研究領域的重大進展,通過在其他硬質材料中實施類似的納米結構化策略,超硬材料家族有望迎來更多的新成員。相關研究成果以“ Nanocrystalline cubic silicon carbide: A route tosuperhardness ”為題,發表于2022年4月8日的《Small》雜志上。

                     

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