Сверхтвёрдые материалы

Сверхтвёрдые материа́лы — группа веществ, обладающих высочайшей твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама и карбида титана с кобальтовой и никель-молибденовой связкой. Микротвердость таких материалов более 35 ГПа при измерении методом Виккерса с помощью алмазной четырехгранной пирамиды, то есть больше чем у нитрида бора.

Алмаз является самым твердым из известных на сегодняшний день минералов, его микротвердость находится в диапазоне от 60 до 150 ГПа, что в 4—5 раз превышает твердость корунда и твердых сплавов и в 2 раза — карбида бора. Стоит учесть, что предел прочности при изгибе у алмазов около 30 кгс/мм² (294 МПа)[1].

Существуют ультратвердые материалы с твердостью выше чем у алмаза. К таким материалам относятся фуллериты с показателем твердости от 150 до 300 ГПа[2], которые состоят из фуллеренов.

Китайские ученые создали сверхпрочное стекло, экспериментируя с разными структурами атомов углерода, в том числе и с фуллеренами. Подвергая углеродные соединения с фуллереновой структурой атомов давлением в 25 ГПа, а затем нагревая их до температуры 1000 — 1200 °C, исследователи из университета Яньшань создали самое прочное аморфное вещество, которое обладает твердостью 113 ГПа при его измерении по методу Виккерса[3][4]. В тестах применялись три вида материалов, которых наименовали AM-I, AM-II и AM-III. Измеренная твердость AM-III составяла от 110 до 116 ГПа.

В Соединенных Штатах изобрели сплав титана с золотом для изготовления медицинских имплантатов, которые вчетверо прочнее чистого титана, применяемого в протезировании[5].

Широко применяемые сверхтвердые материалы: электрокорунд, победит, оксид циркония, карбид кремния, карбид бора, боразон, диборид рения, алмаз. Сверхтвёрдые материалы часто применяются в качестве материалов для абразивной обработки.

В последние годы пристальное внимание современной промышленности направлено к изысканию новых типов сверхтвёрдых материалов и ассимиляции (слияния) таких материалов, как нитрид углерода, нитрид кремния, сплав бор-углерод-кремний, сплав карбид титана-карбид скандия, а также сплавы боридов и карбидов подгруппы титана с карбидами и боридами лантаноидов.