Fragen Sie irgendjemanden, welcher das härteste Material auf der Erde, und er wird wahrscheinlich Antworten: «Diamant». Oder «Brilliant», aber es ist der gleiche Diamant, nur facettiert. Der name Diamant leitet sich vom griechischen Wort «Adamas», was bedeutet «unzerstörbar» oder «Invincible», so dass Sie begegnet sind und das Wort «Adamant». Die Härte des Diamanten macht es unglaublich Cutting Material — und schön — und bietet ihm eine hohe Nachfrage für Tausende von Jahren.
Moderne Wissenschaftler Dutzenden von Jahren suchten mehr Billig, mehr als solide und praktische alternativen, und alle paar Jahre in die Schlagzeilen sickert der neue «in der Welt eine solide Material». Ist aber leicht zu umgehen Diamond aus all diesen Parametern?
Trotz seiner einzigartigen Attraktivität, der Diamant ist nur eine Besondere Form, oder «allotrop», Carbon. In der Familie der Kohlenstoff gibt es mehrere аллотропов, darunter Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Diamant und Graphit. Sie alle bestehen aus Kohlenstoff-Atomen, aber gerade der Unterschied in der Art der atomaren Bindungen liefert diese Materialien unterschiedlicher Struktur und Eigenschaften.
Die äußere Schale jedes Atom Kohlenstoff hat vier Elektronen. In Arden-Arcade diese Elektronen teilen sich vier andere Kohlenstoffatome bilden eine sehr starke Chemische Bindungen und extrem hart Tetraeder Kristall. Es ist eine einfache, aber Feste Anordnung der Atome macht den Diamanten zu einem der твердейших Substanzen auf der Erde.
Wie solide?
Die Härte ist eine wichtige Eigenschaft von Materialien, die Häufig Ihre Verwertbarkeit definiert, aber es ist sehr schwierig zu bestimmen. Im Fall von Mineralien Kratzfestigkeit ist ein Maß für die Härte gegenüber anderen Mineralien.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Härte zu Messen, aber das übliche Werkzeug, das eine delle in der Oberfläche des Materials. Das Verhältnis zwischen der Fläche der Oberfläche des sut und angewendete Kraft erzeugt den Härtewert. Je härter das Material, desto höher der Wert. Härteprüfung nach Vickers nutzt Pyramide mit quadratischer Basis deren Spitze mit Diamant, um ein Schlagloch.
Der Härtewert nach Vickers bei weichem Stahl etwa 9 GPA, und bei Diamant — 70 bis 100 HPa. Haltbarkeit des Diamanten ist legendär, und heute 70% der weltweiten natürlichen Diamanten sind verschleißfeste Beschichtung Tools zum schneiden, bohren und Schleifen, oder als Zusatzstoffe zu den scheuermitteln.
Das Problem Diamant ist, und dass, obwohl er ist sehr solide, er ist auch überraschend instabil. Beim erhitzen von Diamant in Luft von mehr als 800 Grad Celsius seine chemischen Eigenschaften ändern sich, was Einfluss auf seine Kraft und ermöglicht es reagiert mit dem Eisen, so dass es unbrauchbar für die Verarbeitung von Stahl.
Einschränkungen in der Verwendung von Diamanten führten zu einer wachsenden Aufmerksamkeit in der Entwicklung von neuen, chemisch stabilen, festen Materialien zu ersetzen. Die besten verschleißfeste Beschichtung werden Industrie-Werkzeuge arbeiten länger vom Austausch vor dem Austausch der Teile reduzieren und die Abhängigkeit von potenziell umweltgefährdenden Kältemitteln. Die Wissenschaftler konnten erfinden ein paar potenzielle Wettbewerber Diamant.
Bornitrid
Synthetisches Material Bornitrid, erstmals erstellt im Jahr 1957, ähnlich wie Kohle, dass hat mehrere аллотропов. In seiner kubischen Form (c-BN) seine Kristallstruktur ähnelt auf den Diamanten, aber anstelle von Kohlenstoffatomen besteht aus verknüpften anders Atome Bor und Stickstoff. c-BN chemisch und thermisch stabil und weit verbreitet heute als superharten Beschichtungen für Werkzeugmaschinen in der Automobil-und Luftfahrtindustrie.
Jedoch kubisches Bornitrid, im besten Fall zweiter in der Härte Material in der Welt auf einer Skala vikkers — ungefähr 50 HPa. Seine hexagonale Form (w-BN) ursprünglich заявлялась noch eine Feste, aber diese Ergebnisse wurden basierend auf der theoretischen Modellierung, die auf prognostizierte 18% höhere Härte als Diamant. Leider w-BN ist in der Natur selten und schwer in ausreichenden Mengen zu produzieren, um ein Experiment durchzuführen mit zuverlässigen Ergebnissen.
Künstliche Diamant
Künstliche Diamanten werden seit den 1950er Jahren und wird oft härter beansprucht natürlichen Diamanten aufgrund der anderen Kristallstruktur. Sie können Sie erzeugen durch die Zuführung von hohem Druck und Temperatur zu Graphit, um es an die Struktur anzupassen, in тетраэдрический Diamant, aber es ist teuer und lang. Eine andere Möglichkeit besteht in der effektiven Gestaltung der Diamant aus Kohlenstoff-Atomen, die von einem erhitzten Kohlenwasserstoff-Gasen, aber die Arten von Materialien, die als Substrat beschränkt.
Die künstliche Erzeugung von Diamanten schafft Steine поликристаллов, bestehend aus kleineren Kristalle oder «Körner», die von einigen Mikrometern bis zu einigen Nanometern. Sie sind viel kleiner als die großen Einkristallen meisten natürlichen Diamanten verwendet, um Schmuck zu schaffen. Je kleiner die Korngröße, desto mehr Facetten und desto härter das Material. Neuere Forschungen der künstlichen Diamanten haben gezeigt, dass die Härte nach Vickers kann anheben bis 200 HPa.
Q-Kohlenstoff
In jüngster Zeit haben Wissenschaftler der North Carolina State University haben, wie Sie beschrieben haben, eine neue Form von Kohlenstoff, die sich von anderen unterscheidet аллотропов, und berichtet, dass es härter als Diamant. Diese neue Form wurde im Laufe der Erwärmung некристаллического Kohlenstoff starker schnellen Laser-Impuls bis 3700 Grad mit anschließender schnellen Abkühlung oder «Härtung» — von hier aus Q, von «quenching» — mit der Bildung von Diamant-Mikron Größe.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Q-Kohlenstoff auf 60% härter als алмазоподобного Kohlenstoff (Typ amorphem Kohlenstoff mit Diamant ähnlichen Eigenschaften). Davon ausgehend, entschieden sich die Wissenschaftler, dass Q-Kohlenstoff wird fester als der Diamant, obwohl es noch experimentell zu überprüfen. Q-Kohlenstoff besitzt auch die ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften und leuchtet unter der Einwirkung von Licht. Und doch, seine primäre Aufgabe war die Verwendung als Zwischenschritt in der Herstellung von winzigen künstlichen Diamant-Partikeln bei Raumtemperatur und Druck. Diese наноалмазы zu klein für Schmuck, aber perfekt wirken als billiges Material für die Beschichtung der schneiden und Polieren von Werkzeugen.