Новый наноматериал из нитрида бора по твердости превзошел алмаз

Китайские и американские физики изобрели новый особенный наноматериал на основе микрокристаллов кубического нитрида бора, который по твердости и другим качествам превзошел алмаз. Новый материал целесообразно будет применять при резке таких материалов, которые не поддаются даже лучшим алмазным резцам.

Кубический нитрид бора, или как его еще называют «эльбор», является соединением атомов бора и азота, которые объединены в особые «кубические» кристаллы. Этот материал по твердости уступает лишь алмазу, однако по ряду других параметров значительно превосходит его. Порошок кристаллов нитрида бора широко применяется в качестве абразивного покрытия промышленных станков, а крупные кристаллы – как основа для резцов.

Группе физиков из университета Яньшаня в городе Циньхуандао, что в Китае, под руководством Юнцзюня Тяня, экспериментируя с наночастицами нитрида бора, удалось преобразовать кристаллы эльбора в наноматериал, который по твердости превосходит алмаз.

Как объясняют ученые, твердость наноматериала напрямую зависит от фракции частиц эльбора, а именно, чем меньше частицы, тем выше твердость. Физикам уже удалось создать материал на основе наночастиц размером в 14 нанометров, благодаря этому нитрид бора вплотную приблизился к алмазу. Дальнейшее повышение твердости пока затруднено тем, что более мелкие наночастицы плохо «склеиваются» между собой. Это происходит из-за аномалий, проявляющихся на гранях склеиваемых кристаллов.

Юнцзюнь Тянь с коллегами преодолели эту проблему, путем использования в качестве исходного сырья не эльбор, а его «луковичную» разновидность. Такие кристаллы представлены сферическими микрочастицами с «холмами» и «ямками» на поверхности, которые придают им некоторое сходство с луковицей.

Авторы проекта заметили, что при сжатии смеси из таких наночастиц внутри пресса, который нагрет до 1600?С, «луковицы» превращались в кристаллы кубического нитрида бора. Однако в данном случае с наноматериалом не возникало проблем, связанных с аномалиями на гранях кристаллов. Он был значительно прочнее, чем традиционные материалы на основе спрессованных нанокристаллов кубического нитрида бора.

После того, как наноматериал успешно синтезировали, ученые проверили его прочность путем попытки разломать его на кристаллы высоким давлением. Выяснилось, что новый вид эльбора превосходит по прочности алмаз. Для деформации нового наноматериала необходимо давление свыше 108 ГПа, в то время как синтетическому алмазу требуется 100 ГПа.

По словам руководителя группы ученых, изобретенный ими материал на основе нитрида бора, который вы можете приобрести в компании Литпром, имеет и ряд других преимуществ по сравнению с алмазом. К примеру, он значительно дешевле алмазов. Кроме этого, новый наноматериал способен выдерживать температуры до 1300?С в присутствии кислорода и без заметных снижений качественных характеристик.

Исследователи считают, что их детище может применяться не только в качестве абразива, но и в роли покрытия для режущих инструментов. Это подтверждает то, что наноматериал сопротивляется изломам на 27% лучше, чем тот же карбид волфрама, или победитовый сплав, который применяется в большинстве промышленных станков.