مواد فراسخت
From Wikipedia, the free encyclopedia
مواد فوق سخت (superhard materials) موادی با سختی ویکرز بیشتر از 40GPa هستند. این جامدات تراکم ناپذیر، دارای تراکم الکترونی بالا و مقادیر زیاد پیوند کوالانسی هستند و به علت سختی بالای خود در صنایع مختلف ساینده، برش، دیسکترمز و پوششهای محافظ و مقاوم دربرابر سایش بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. الماس سختترین ماده موجود با سختی GPa 70 -150 است که به دلیل هدایت حرارتی بالا و نارسانایی الکتریکی بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست ولی محدودیتهایی مثل هزینه بالا و اکسیداسیون در دمای بالای ۸۰۰ درجه سانتی گراد دارد.[1][2]علاوه بر این الماس قابلیت انحلال در آهن و تشکیل کاربید آهن در دمای بالا را نیز دارد که موجب ناکارآمدی الماس در برش مواد آهنی مثل فولاد میشود؛ بنابراین تحقیقات اخیر در حوزه مواد فوق سخت برروی ترکیباتی متمرکز شدهاست که از نظر حرارتی و شیمیایی پایدارتر از الماس خالص باشند.[3] تحقیقات در حوزه تولید مواد فوق سخت جدید بهطور کلی به ۲ نگرش تقسیم میشود: ۱) بررسی پیوندهای کوالانسی کوتاه و جهتدار کربن در الماس با عناصر سبک مانند B,C،O,N. این نگرش در اواخر دهه ۱۹۸۰ با کشف C3N4 و ترکیبات سه تایی B-C-N شهرت یافت. ۲) ترکیب عناصر سبک B,C،O,N با فلزات انتقالی دارای دانسیته الکترئنهای ظرفیت بالا که منجر به تهیه مادهای با تراکم ناپذیری زیاد میشود. در این روش فلزات دارای مدول بالک زیاد و سختی کم با اتمهای دارای کوالانت کوچک همراه میشوند. به عنوان مثال کاربید تنگستن هرچند که ماده فوق سخت محسوب نمیشود ولی یک نمونه صنعتی از این روش است. از طرفی بوریدهای ترکیب شده با فلزات انتقالی به زمینه مهمی در تحقیقات مواد فوق سخت تبدیل شدهاند، که منجر به کشف موادی مثل WB4, ReB2, OsB2 شدهاست. مواد فوق سخت را میتوان به دو گروه کلی ذاتی و غیر ذاتی تقسیم کرد: مواد ذاتی مثل الماس، نیترید بور مکعبی، نیترید کربن و ترکیبات سهگانه B-C-N که سختی ذاتی دارند. (سختی ناشی از ترکیب شیمیایی است) مواد غیرذاتی مثل الماس نانوکریستالین که به عنوان اگریگیت نانومیلههای الماس شناخته میشود. در این دسته از مواد فوق سختی و سایر خواص مکانیکی بیشتر وابسته به ریزساختار است.[4][5][6]