이름에서 알 수 있듯이 초경질 재료는 경도가 매우 높은 재료입니다. 일반적으로 다이아몬드는 모스 경도가 10으로 경도가 가장 높으며, cBN은 다이아몬드보다 약간 낮으므로 초경질 재료는 일반적으로 다이아몬드와 cBN, 또는 이 두 재료를 주성분으로 하는 복합재료를 지칭합니다. '공업용 치아'로 사용되는 강옥, SiC, 초경합금, 고속도강 등 4가지 경질재료의 경도는 다이아몬드나 cBN에 비해 훨씬 낮기 때문에 초경질재료는 가장 단단하고 날카로운 재료라고도 불린다. "산업용 치아" 또는 "재료의 왕". 초경질재료의 구조와 성질 1. 다이아몬드의 구조와 성질 다른 탄소재료와 마찬가지로 다이아몬드의 주요 화학원소 조성은 탄소이다. 천연 다이아몬드든 인공 다이아몬드든, 어떤 종류의 다이아몬드이든 불순물이 다소 포함되어 있습니다. 다이아몬드에는 일반적으로 질소 불순물이 포함되어 있습니다. 다이아몬드 결정의 질소 함량의 차이에 따라 다이아몬드는 두 가지 유형(I형 다이아몬드와 II형 다이아몬드)으로 나눌 수 있습니다.
다이아몬드의 분류
다이아몬드 하이브리드 궤도 전자구름 분포, 원자 구조 및 단위 셀 구조
최근 탄소재료는 매우 뜨거운 연구주제가 되고 있는 소재의 일종이다. 21세기는 '탄소시대'라고도 불린다. 탄소재료는 뛰어난 성능으로 인해 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 특히 국가전략 신흥산업에 응용되고 있습니다. 그래핀 및 탄소 나노재료, 탄소 섬유 및 그 복합 재료, 다이아몬드, 탄소 기반 필름 및 전통적인 탄소 재료(카본 블랙, 다공성 탄소, 흑연, 특수 흑연 등)는 리튬 배터리, 커패시터, 에너지 저장, 광전지, 반도체, 광전자 디스플레이, 5G 통신, 센서, 일반 항공, 미래 교통, 고급 장비 및 기타 분야.
2. cBN의 구조와 성질
입방정질화붕소(cBN)는 두 번째로 큰 초경질 재료입니다. 질화붕소의 화학 구조는 BN이며, 이는 붕소와 질소라는 두 가지 원소로 구성됩니다. 질화 붕소는 주로 육방정계 질화 붕소(hBN), 입방정 질화 붕소(cBN), 능면체 질화 붕소(rBN) 및 조밀한 육방정 질화 붕소(wBN)의 네 가지 결정 구조를 가지고 있습니다. hBN과 rBN에서는 질소 원자와 붕소 원자가 SP2 모드로 혼성화되고, cBN과 wBN에서는 질소 원자와 붕소 원자가 SP3 모드로 혼성화됩니다.
특정 회사의 여러 브랜드의 cBN 단결정 (회사 홈페이지 참조) cBN의 경도는 다이아몬드보다 약간 낮고 색상도 다양합니다. 결정의 색은 함유된 불순물의 종류와 양과 관련이 있습니다. cBN은 독특한 광전자 특성을 가지고 있습니다. 대형, 고품질 cBN 단결정을 합성하는 것은 기능성 소자 응용을 얻기 위한 불가피한 선택입니다. 그러나 대형 cBN 결정은 다이아몬드보다 훨씬 덜 성공적입니다. 이는 큰 입자의 cBN을 합성하기 위한 조건이 더 엄격하고, 그 응용 분야가 아직 적합하지 않기 때문일 수 있습니다. 초경질 재료의 응용 1. 초경질 재료 제품의 주요 유형 초경질 재료와 그 제품 및 도구는 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. 이는 기존 도구가 처리할 수 없거나 처리하기 어려운 문제를 해결할 뿐만 아니라 기존 처리의 효율성을 크게 향상시키고 소비 및 폐기물 배출을 크게 줄입니다. 여러 초경질 재료 제품 및 도구(a. 블레이드, b. 연삭 휠, c. 톱날, d. 드릴 비트) 초경질 재료 제품 및 도구의 주요 유형에는 톱질 도구, 연마재(결합 연마재, 코팅 연마재 및 느슨한 연마재 포함)가 포함됩니다. ), 절단 도구, 드릴링 도구, 드레싱 도구, 와이어 드로잉 다이, 기타 도구 및 다양한 기능 구성 요소. 2. 천연다이아몬드 및 인공다이아몬드 (1) 천연다이아몬드 천연다이아몬드로부터 얻은 다이아몬드를 천연다이아몬드라 한다. 천연 다이아몬드는 밝고, 화려하며, 희귀하고 귀중하며 사람들에게 소중하게 여겨집니다. “다이아몬드는 영원하고, 하나의 다이아몬드는 영원히 지속된다”는 광고 슬로건이 우리나라 국민 모두가 알고 있는 것입니다. 천연 다이아몬드는 보석으로 사용되는 것 외에도 산업 분야에서 더 자주 사용됩니다. 다이아몬드의 산업적 용도는 오랫동안 극도로 높은 경도에 기초해 왔습니다. 유리 절단용 다이아몬드 칼은 지질 탐사와 석유 및 석탄 채굴을 위한 드릴 비트를 만들기 위해 다이아몬드를 사용했던 것을 상기시켜 줍니다. 다이아몬드는 고온에서 산소, 특히 철과 다양한 정도의 산화 반응을 거치므로 철금속 가공에는 적합하지 않습니다. (2) 인공 다이아몬드 업계에서는 인공 다이아몬드를 흔히 실험실 재배 다이아몬드 또는 배양 다이아몬드라고 부릅니다. 인공 다이아몬드의 큰 입자 또는 큰 단결정은 합성 다이아몬드 장신구를 가공하는 데 사용되었습니다. 인공 다이아몬드도 천연 다이아몬드와 구성 및 구조가 동일한 진짜 다이아몬드입니다. 둘은 음극 루미노미터와 같은 매우 특별한 방법을 통해서만 구별할 수 있습니다. 전자의 성장 텍스처는 기하학적이고 후자는 고리 모양입니다. 2006년부터 GIA 등 보석 기관에서는 상인들이 저가의 합성 다이아몬드를 천연 다이아몬드로 판매하는 것을 막기 위해 신원 확인 서비스를 제공하고 인증서를 발급하기 시작했습니다. 과거 다이아몬드 업계 연구자들은 인공 다이아몬드를 효율적으로 합성하는 방법을 모색해 왔지만 별다른 성과를 내지 못했다. 두 가지 주요 장애물은 비용과 생산 요인에서 비롯됩니다. 수십 년간의 연구 끝에 정적 촉매 조건에서 초고압, 고온 방식으로 대형 단결정 다이아몬드를 합성하는 기술이 성숙해졌습니다. 우리나라에서는 초고압, 고온법으로 합성한 대형 단결정 인공다이아몬드와 마이크로파 플라즈마 CVD법으로 인공다이아몬드를 합성하는 기술의 개발과 응용이 비약적인 발전을 이루었다. 합성 다이아몬드 주얼리는 시장에 판매되어 형태를 갖추기 시작했습니다. 3. cBN의 주요 용도 다이아몬드와 비교하여 cBN은 철족 원소와의 높은 열 안정성 및 화학적 불활성과 같은 고유한 장점을 가지고 있습니다. 현재 cBN의 주요 용도는 두 가지입니다. 하나는 연마 도구를 제조하는 것이고, 다른 하나는 다결정 입방정 질화붕소를 도구 재료로 만드는 것입니다. 따라서 cBN은 철금속 재료 가공에 있어 고유한 특성을 가지며 가공이 어려운 단단하고 질긴 철 기반 재료에 대한 새로운 가공 도구를 제공합니다. cBN의 주요 용도는 다음과 같습니다. (1) 연마 도구 재료로 사용됩니다. 철계 재료와 비철금속 재료 가공에 모두 사용할 수 있습니다. (2) 공구 재료로 사용됩니다. 절삭 공구에 사용되는 재료는 일반적으로 다결정 입방정 질화 붕소입니다. PcBN은 cBN 단결정으로 제조된 미세 분말입니다. 티타늄 카바이드, 코발트 등의 접착제를 첨가한 후 6면 탑프레스를 이용하여 고압, 고온에서 소성하여 만들어집니다. 특히 철금속 및 그 합금의 가공에 효과적이며, 특히 고속절삭 및 건식절삭에 적합합니다. 또한 연삭을 터닝 및 밀링으로 대체하여 생산 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
(3) 기능성 소재로 사용됩니다. 높은 열 전도성 cBN은 광전자 기능 장치에 사용될 수 있습니다. 초경질 재료는 다양한 재료 중에서 작은 다양성이지만 대체할 수 없는 재료이며 점차적으로 다른 재료를 대체할 수 있습니다.
