2024-04-20
金剛石，這個自然界中天然存在的最堅硬的物質，一直以來都以其卓越的力學性能吸引著人們的目光。它的高硬度、高強度、優(yōu)良的耐磨性和熱膨脹系數低等特點，使得金剛石在眾多領域中都有著廣泛的應用。
金剛石作為一種超硬材料，是目前已知天然物質中硬度最大的材料，莫氏硬度為10，維氏硬度更可達10000 kg/mm2。對比努普硬度值可以得出，金剛石的硬度是氧化鋁的5倍，石英的12倍，碳化鎢的4.7倍，碳化硅的4倍，碳化硼的3.7倍，立方氮化硼的2倍。
天然高品質金剛石稀缺昂貴，難以滿足機械需求。但CVD單晶及多晶金剛石硬度媲美天然品，廣泛用于切削工具和耐磨部件。曜世新材料專門生產高質量的CVD鉆石、單晶和多晶產品；其抗拉強度達3GPa以上，力學特性出色。多晶金剛石膜晶粒小，斷裂強度高，彈性模量高，在材料科學領域地位重要。金剛石硬度各向異性，晶面硬度差異顯著，可用于高效研磨拋光。
金剛石強度各向異性，特定方向易開裂，尤其(111)晶面因原子面間距大、密度高，共價鍵形成能低，易解理。其體積彈性模量高達5.42×10?N/mm2，遠超金屬鎢和不銹鋼。金剛石抗壓能力雖強，但抗拉強度較低，呈現硬脆性。其切變強度理論值極高，達12×10?MPa，展現了卓越的力學性能。
金剛石在空氣中的摩擦系數為0.05-0.1,金剛石的磨耗量因摩擦方法不同而有很大變化，下表為在大致相同的條件下金剛石與各常見硬質材料摩擦后的相對磨耗量。可以看出金剛石相對于其它各種材料的磨耗量非常小，因此工業(yè)領域微米級與納米級尺寸顆粒的金剛石微粉被大量應用于各種材料表面研磨與精細拋光。更大尺寸的合成金剛石材料燒結體還能被用在高硬鉆頭領域，其磨耗比范圍甚至能夠達到1:3×10?-1:8×10?,用作拉絲模的磨耗比的范圍為1:10?-1:3×10?。
金剛石以其無與倫比的超高硬度，以及卓越的抗壓與抗磨性能，成為制造各類切削工具、磨料、鉆頭和耐磨件的絕佳選擇。此外，金剛石多晶鍍層也被廣泛應用于各類刀具和磨具，為其提供出色的耐磨涂層。其出色的彈性模量和聲子振動特性，更使金剛石成為制作高質量表面壓力傳感器與聲學傳感器的理想之選，展現了其在多領域中的卓越應用價值。
金剛石的力學性能使其成為一種獨特的材料，在眾多領域中都發(fā)揮著不可替代的作用。隨著科技的不斷發(fā)展，人們對金剛石性能的研究將更加深入，相信未來金剛石的應用領域將會更加廣泛。無論是作為切削工具、磨料還是精密器件的耐磨涂層，金剛石都將以其卓越的力學性能繼續(xù)為人類社會的發(fā)展做出貢獻。
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