據中國鋼鐵新聞網2007年6月25日報道:最近,美國加州大學洛杉磯分校科學家開發出一種制造超硬材料的新方法,這種超硬材料具有極強的耐摩性和抗裂性。
超硬材料的用途非常廣泛,無論是鉆探石油和修公路用的鉆頭,還是精密儀器和手表表面的抗摩涂層,都需要使用超硬材料。金剛石之所以是世界上最 硬的材料,是因為金剛石的碳原子間具有極短的共價鍵。實事上,世界上所用的大多數金剛石都是人工合成的,而且價格非常昂貴。金剛石粉未可用于制造石油鉆 頭、筑路機和挖山洞用的挖穴機。然而,金剛石不能用于切割鋼鐵,因為切割鋼鐵將毀壞金剛石刀片。立方結構的氮化硼是金剛石的替代品,可以用來用來切割鋼 鐵,但它是在非常高的溫度和壓力條件上合成的,其價格比金剛石還要昂貴。
超硬材料具有“超級不可壓縮性”,是它們具有抵抗外形變化的抗性。制造超硬材料的方法有兩種:一種是通過使用碳元素并將其與硼或氮合成在一 起來仿制金剛石,從而保持較短的共價鍵;另一種是尋找具有“不可壓縮性”的金屬并設法使其堅硬。目前,科學家們正在發展第二種方法。
鋨是一種相對柔軟的金屬元素,是目前所知道的最具“不可壓縮性”的金屬,2005年,科學家把鋨元素與短共價鍵原子合成在一起,制造出一種 幾乎與金剛石同樣“不可壓縮的”材料。它可以在硬度達9級的藍寶石上劃出痕跡。發現如果把硼和鋨結合在一起,只能使鋨金屬中鋨原子的分隔距離擴大10%, 如果想盡可能地縮小原子之間的分隔距離,需要尋找更好的過渡金屬。發現只有錸具有這種潛力,因此制造出了二硼化錸。
錸是一種高密度、低硬度的金屬,科學家們合成出了短共價鍵,只能使錸金屬中錸原子的分隔距離擴大5%,從而使其既具有‘不可壓縮性’又非常 堅硬。在某個方向上,二硼化錸的‘不可壓縮性’與金剛石相同,在另一個方向上,二硼化錸的‘可壓縮性’僅比金剛石稍高。在低作用力下,二硼化錸的硬度與立 方結構的氮化硼相等,而氮化硼是第二硬的材料。在更高的作用力下,二硼化錸的硬度僅比氮化硼稍低。這種材料非常堅硬,足以劃破金剛石,比二硼化鋨要硬得 多。”
其它超硬材料,包括金剛石和立方結構的氮化硼都是在昂貴的高壓條件下制造出來的。二硼化錸材料只需要通過一種簡單的程序就可以制造出來,不需要使用壓力。盡管新超硬材料有巨大的潛力,但它們還不可能在短時間內取代金剛石。