Сверхтвёрдые материалы

Сверхтвёрдые материа́лы — группа веществ, обладающих высочайшей твердостью, к которой относят материалы, твёрдость и износоустойчивость которых превышает твёрдость и износоустойчивость твёрдых сплавов на основе карбида вольфрама и карбида титана с кобальтовой и никель-молибденовой связкой. Микротвердость таких материалов более 35 ГПа при измерении методом Виккерса с помощью алмазной четырехгранной пирамиды, то есть больше чем у нитрида бора.

Сравнение свойств сверхтвердых материалов

Материал	Химическая формула	Твердость					Предел прочности
		По Виккерсу / HV	Шкала Мооса	Метод Бринелля	Твёрдость по Шору	Показатель твердости ГПа
Карбид вольфрама	WC
Нитрид бора	BN
Эльбор / боразо́н / кубони́т / КНБ / Полиморфная модицикация Нитрида Бора	BN
Карбид титана	TiC
Карбид кремния	SiC
Карбид бора	B4C		9,5
Диборид рения	ReB2
Сплав Титана Золота[1]	Ti3Au
Карбид хрома(II)	Cr3C2
Титан-Алюминиевый нитрид	TiAlN	2600 - 3300
Алмаз	С	10,000	10			150
Ультратвердый фуллерит	С					150 - 300

Самым твердым из известных на сегодняшний день природных минералов является Алмаз, его микротвердость находится в диапазоне 60 до 150 ГПа, что в 4—5 раз превышает твердость корунда и твердых сплавов и в 2 раза — карбида бора. Стоит учесть, что предел прочности при изгибе у алмазов около 30 кгс/мм² (294 МПа)^[2].

Существуют ультратвёрдые материалы с твёрдостью выше, чем у алмаза. К таким материалам относятся фуллериты с показателем твердости от 150 до 300 ГПа^[3], которые состоят из фуллеренов.

Китайские ученые создали сверхпрочное стекло, экспериментируя с разными структурами атомов углерода, в том числе и с фуллеренами. Подвергая углеродные соединения с фуллереновой структурой атомов давлением в 25 ГПа, а затем нагревая их до температуры 1000 — 1200 °C, исследователи из университета Яньшань создали самое прочное аморфное вещество, которое обладает твердостью 113 ГПа при его измерении по методу Виккерса^[4][5]. В тестах применялись три вида материалов, которых наименовали AM-I, AM-II и AM-III. Измеренная твердость AM-III составляла от 110 до 116 ГПа.

В Соединенных Штатах изобрели сплав титана с золотом для изготовления медицинских имплантатов, которые вчетверо прочнее чистого титана, применяемого в протезировании^[6].

Широко применяемые сверхтвердые материалы:

• электрокорунд
• победит
• оксид циркония
• карбид кремния
• карбид бора
• боразон
• диборид рения
• алмаз

Сверхтвёрдые материалы часто применяются в качестве материалов для абразивной обработки.

В последние годы пристальное внимание современной промышленности направлено к изысканию новых типов сверхтвёрдых материалов и ассимиляции (слияния) таких материалов, как нитрид углерода, нитрид кремния, сплав бор-углерод-кремний, сплав карбид титана-карбид скандия, а также сплавы боридов и карбидов подгруппы титана с карбидами и боридами лантаноидов.