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美国科学家开发出超硬新材料制造新方法 |
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| http://cn.newmaker.com
6/25/2007 12:51:00 PM
佳工机电网
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最近，美国加州大学洛杉矶分校科学家开发出一种制造超硬材料的新方法，这种超硬材料具有极强的耐摩性和抗裂性。
超硬材料的用途非常广泛，无论是钻探石油和修公路用的钻头，还是精密仪器和手表表面的抗摩涂层，都需要使用超硬材料。金刚石之所以是世界上最硬的材料，是因为金刚石的碳原子间具有极短的共价键。实事上，世界上所用的大多数金刚石都是人工合成的，而且价格非常昂贵。金刚石粉未可用于制造石油钻头、筑路机和挖山洞用的挖穴机。然而，金刚石不能用于切割钢铁，因为切割钢铁将毁坏金刚石刀片。立方结构的氮化硼是金刚石的替代品，可以用来用来切割钢铁，但它是在非常高的温度和压力条件上合成的，其价格比金刚石还要昂贵。
超硬材料具有“超级不可压缩性”，是它们具有抵抗外形变化的抗性。制造超硬材料的方法有两种：一种是通过使用碳元素并将其与硼或氮合成在一起来仿制金刚石，从而保持较短的共价键；另一种是寻找具有“不可压缩性”的金属并设法使其坚硬。目前，科学家们正在发展第二种方法。
锇是一种相对柔软的金属元素，是目前所知道的最具“不可压缩性”的金属，2005年，科学家把锇元素与短共价键原子合成在一起，制造出一种几乎与金刚石同样“不可压缩的”材料。它可以在硬度达9级的蓝宝石上划出痕迹。发现如果把硼和锇结合在一起，只能使锇金属中锇原子的分隔距离扩大10%，如果想尽可能地缩小原子之间的分隔距离，需要寻找更好的过渡金属。发现只有铼具有这种潜力，因此制造出了二硼化铼。
铼是一种高密度、低硬度的金属，科学家们合成出了短共价键，只能使铼金属中铼原子的分隔距离扩大5%，从而使其既具有‘不可压缩性’又非常坚硬。在某个方向上，二硼化铼的‘不可压缩性’与金刚石相同，在另一个方向上，二硼化铼的‘可压缩性’仅比金刚石稍高。在低作用力下，二硼化铼的硬度与立方结构的氮化硼相等，而氮化硼是第二硬的材料。在更高的作用力下，二硼化铼的硬度仅比氮化硼稍低。这种材料非常坚硬，足以划破金刚石，比二硼化锇要硬得多。”
其它超硬材料，包括金刚石和立方结构的氮化硼都是在昂贵的高压条件下制造出来的。二硼化铼材料只需要通过一种简单的程序就可以制造出来，不需要使用压力。尽管新超硬材料有巨大的潜力，但它们还不可能在短时间内取代金刚石。
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