Новий наноматеріал з нітриду бору виявився твердішим за алмаз




 

Кубічний нітрид бору (cBN), або ельбор, являє собою з’єднання атомів азоту і бору, об’єднаних в особливі «кубічні» кристали. Даний матеріал поступається по твердості лише алмазу, а за багатьма іншими параметрами перевершує його.

Американські і китайські фізики створили особливий наноматеріал на основі мікрокристалів кубічного нітриду бору, що перевершує по твердості і іншим якостям алмази, що дозволить застосовувати його для різання тих матеріалів, з якими не справляються кращі алмазні різці, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

Компанія Інтервіт працює в Києві і спеціалізується на ріжучому інструментові на основі кубічного нітриду бору (КНБ), полікристалічного алмазу (ПКА / PCD) і мінералокераміки. Кубічний нітрид бору CBN, або ельбор, являє собою з’єднання атомів азоту і бору, об’єднаних в особливі «кубічні» кристали. Даний матеріал поступається по твердості лише алмазу, а за багатьма іншими параметрами перевершує його. Порошок з кристалів ельбор широко використовується в якості абразивного покриття для промислових верстатів, а великі кристали — в якості основи для різців.

Група фізиків під керівництвом Юнцзюня Тяня (Yongjun Tian) з університету Яньшань в місті Циньхуандао (Китай) змогла перетворити кристали ельбор в наноматеріал, що перевершує по твердості алмаз, експериментуючи з наночастинками з нітриду бору.

Як пояснюють фізики, чим менше частки ельбору, тим твердіше буде наноматеріал, зібраний з спресованих частинок цієї речовини. На даний момент фізикам вдалося створити матеріал на основі його наночастинок розміром в 14 нанометрів, що дозволило нітриду бору впритул наблизитися до алмазів. Подальше збільшення твердості ускладнене тим, що менші наночастинки погано «склеюються» одна з одною через аномалії, які з’являються на гранях кристалів.

Тянь і його колеги знайшли спосіб подолати цю проблему, використавши в якості вихідної сировини не кубічний нітрид бору, а його різновид. Кристали цього різновиду BN є сферичними мікрочастинками, з «ямками» і «пагорбами» на їх поверхні, які роблять їх схожими на цибулини.

Автори статті виявили, що стиснення суміші з таких наночастинок всередині преса, нагрітого до температури в 1,6 тисячі градусів Цельсія, призводило до перетворення «цибулин» в кубічні кристали нітриду бору. В даному випадку наноматеріал не відчував проблем з аномаліями на гранях кристалів, і був набагато міцніше, ніж звичайні матеріали на основі спресованих нанокристалів ельбору.

Успішно синтезувавши наноматеріал, вчені перевірили його на міцність, спробувавши розламати його кристали за допомогою високого тиску. Виявилося, що новий вид кубічного нітриду бору перевершує по міцності алмаз. Так, для його деформації необхідний тиск, що перевищує 108 гігапаскаля, що дещо більше за аналогічний показник для синтетичних алмазів — 100 гігапаскаля.

За словами Тяня і його колеги, їх матеріал на основі нітрид бору має і кілька інших переваг у порівнянні з алмазами. Зокрема, він дешевше алмазів і може витримувати температуру до температур в 1,3 тисячі градусів Цельсія в присутності кисню без помітного погіршення властивостей.

Як вважають дослідники, їх дітище може не тільки використовуватися в якості абразивного матеріалу, а й в ролі покриття ріжучих інструментів. На користь цього говорить те, що даний наноматеріал на 27% краще чинить опір зламу, ніж карбід вольфраму (побідитовий сплав), що застосовується в переважній більшості промислових верстатів.

При підготовці статті були використані матеріали з сайту intervit.group.