Наперегонки с природой: об попытках сделать самый грубый материал

    Спросите хоть какого, какой же материал самый грубый на Планете земля, и он, возможно, ответит «алмаз». Либо «бриллиант», однако это же этот же алмаз, лишь ограненный. Заглавие алмаза происходит от греческого слова «адамас», что значит «нерушимый» либо «непобедимый», потому вы наверное встречали и слово «адамант». Жесткость алмаза выполняет его неописуемым режущим материалом — и прекрасным — и обеспечивает ему же высочайший спрос тыщи лет.

    Наперегонки с природой: об попытках сделать самый грубый материал

    Современные ученые десятками лет отыскивали наиболее недорогие, наиболее жесткие и удобные кандидатуры, и каждые пару лет в анонсы проникает новейший «прочнейший во всем мире материал». Однако эдак ли не сложно обойти алмаз по всем сиим характеристикам?

    Невзирая на собственную неповторимую привлекательность, алмаз — это же ординарно специальная форма, либо «аллотроп», углерода. В семействе углерода существуют несколько аллотропов, включая углеродные нанотрубки, алмаз и графит. Они все состоят из атомов углерода, однако конкретно различие в типах атомных связей обеспечивает эти материалы разной структурой и качествами.

    Наружняя оболочка каждого атома углерода имеет четверо электрона. В алмазе эти электроны делят четверо остальных атома углерода, что образует максимально высокопрочные хим взаимосвязи и очень твердый четырехгранный кристалл. Конкретно это же элементарное, однако плотное размещение атомов выполняет алмаз одним из твердейших веществ на Планете земля.

    Содержание

    • 1 Как грубый?
    • 2 Нитрид бора
    • 3 Искусственный алмаз
    • 4 Q-углерод

    Как грубый?

    Жесткость — важное свойство материалов, которое частенько измеряет способности них пользования, однако его очень тяжело обусловить. В случае с минералами устойчивость к царапинам является мерой твердости по отношению к иным минералам.

    Существуют несколько методов измерить жесткость, однако привычно употребляется инструмент, который выполняет брешь в поверхности материала. Соотношение меж площадью испытуемой поверхности и приложенной силой осуществляет значение твердости. Чем тверже материал, тем самым свыше значение. Испытание на жесткость по Виккерсу использует пирамиду с квадратной основой с алмазным навершием, дабы предпринять выбоину.

    Наперегонки с природой: об попытках сделать самый грубый материал

    Значение твердости по Виккерсу у мягенькой стали составляет подле 9 ГПа, а уж у алмаза — 70—100 ГПа. Стойкость алмаза легендарна, и сейчас 70% глобальных природных алмазов входят в износоустойчивые покрытия инструментов, расходуемых для резки, сверления и шлифования, либо в качестве добавок к абразивам.

    Неполадка алмаза в фолиант, что хотя он и является максимально жестким, он а также на удивление нестабилен. При нагревании алмаза в воздухе выше 800 градусов по Цельсию его хим характеристики изменяются, что оказывает влияние на его силу и дозволяет реагировать с железом, делая его неприменимым для обработки стали.

    Ограничения в пользовании алмазов привели к растущему вниманию в создании новеньких, химически размеренных, сверхпрочных материалов на смену. Фаворитные износоустойчивые покрытия дозволят фабричным инструментам ишачить подольше от подмены перед началом подмены элементов и понизят зависимость от потенциально коварных для среды хладагентов. Ученым удалось изобрести несколько возможных соперников алмазу.

    Нитрид бора

    Синтетический материал нитрид бора, в первый раз сделанный в 1957 году, похож на уголь тем самым, что имеет несколько аллотропов. В собственной кубической форме (c-BN) его кристаллическая структура похожа на алмазную, однако заместо атомов углерода состоит из связанных по другому атомов бора и азота. c-BN химически и термально стабилен и обширно употребляется сейчас в качестве сверхтвердого покрытия для станков в авто и аэрокосмической индустрии.

    Но кубический нитрид бора, в наилучшем случае, второй по твердости материал во всем мире по шкале Виккерса — подле 50 ГПа. Его гексагональная форма (w-BN) вначале заявлялась еще больше жесткой, однако эти результаты были основаны на теоретическом моделировании, которое предсказывало на 18% свыше твердости, чем у алмаза. К огорчению, w-BN в природе изредка встречается и его тяжело произвести в достаточных количествах, дабы провести опыт с надежными плодами.

    Искусственный алмаз

    Искусственные алмазы выполняются с 1950-х годов и частенько заявляются тверже природных алмазов по причине альтернативный кристаллической структуры. Них можно произвести методом подачи высочайшего давления и температуры к графиту, дабы вынудить его структуру перестроиться в тетраэдрический алмаз, однако это же дороговато и длительно. Альтернативный метод заключается в действенном выстраивании алмаза из атомов углерода, извлеченных из подогретых углеводородных газов, однако типы материалов, кои можно применять в качестве подложки, ограничены.

    Искусственное создание алмазов образовывает валуны поликристаллов, состоящих из наименьших кристалликов либо «зерен», от пары микрон перед началом пары нанометров. Они намного все меньше, чем большие монокристаллы большинства природных алмазов, расходуемых для сотворения ювелирных изделий. Чем все меньше объем зерна, тем самым все больше у него граней и тем самым тверже материал. Недавнешние научные исследования искусственного алмаза продемонстрировали, что его жесткость по Виккерсу может подниматься перед началом 200 ГПа.

    Q-углерод

    Вконец не так давно ученые из Вуза штата Северная Каролина сделали, как только они обрисовали, новейшую форму углерода, хорошую от остальных аллотропов, и сказали, что она тверже алмаза. Эта новенькая форма существовала сотворена в ходе нагревания некристаллического углерода высокомощным стремительным лазерным импульсом перед началом 3700 градусов с следующим стремительным остыванием либо «закалкой» его — отсюда Q, от «quenching» — с образованием алмазов микронных объемов.

    Ученые нашли, что Q-углерода на 60% тверже алмазоподобного углерода (типа бесформенного углерода с подобными алмазным качествами). Исходя из сего, ученые решили, что Q-углерод будет прочнее самого алмаза, хотя это же гораздо предстоит проверить экспериментально. Q-углерод а также владеет странными магнитными качествами и сияет под воздействием света. И тем не менее, его главным предназначением существовало пользование в качестве промежного этапа в производстве крохотных искусственных алмазных частиц при комнатной температуре и давлении. Эти наноалмазы очень минимальны для ювелирного отношения, однако безупречно выступают в качестве недорогого материала для покрытия режущих и полирующих инструментов.