因為只有這個分子的結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的
無論如何合成 正四面體 + 高強度鍵能 幾乎不可能有其他材料高于它
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陶瓷的硬度世界上排名第幾?

來源:新能源網(wǎng)
時間:2024-08-17 12:48:23
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陶瓷的硬度世界上排名第幾?【專家解說】:沒有硬度 高于金剛石的
因為只有這個分子的結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的
無論如何合成 正四面體 + 高強度鍵能 幾乎不可能有其他材料高于它
只要金剛

【專家解說】:沒有硬度 高于金剛石的 因為只有這個分子的結(jié)構(gòu)是最穩(wěn)定的 無論如何合成 正四面體 + 高強度鍵能 幾乎不可能有其他材料高于它 只要金剛石的分子是完美的 他就是最硬的 給你看篇關(guān)于磨料的 因為除了 金剛石 很多分子的強度都能提升至 所以不太可能存在一個穩(wěn)定的排行 一、 天然磨料 自然界一切可以用于磨削或研磨的材料統(tǒng)稱為天然磨料。常用的天然磨料有以下幾種: 1. 金剛石 金剛石是目前已知最硬的物質(zhì),其顯微硬度為98.59Gpa。金剛石是碳的同素異型體,主要成份是碳,另外還含有0.02~4.8%的雜質(zhì),比重為3.15~3.53g/cm3。其產(chǎn)地非常有限,不但價格昂貴,而且極為缺乏。 金剛石因含雜質(zhì)的不同而呈黑色、黑褐色、灰黑色等,脆性較大,易沿結(jié)晶面裂開,結(jié)晶越大抵抗外力的作用越強,金剛石的計量單位是克拉,1克拉=0.2g。 天然金剛石作為磨料主要用途有兩個方面: (1) 用于修整砂輪; (2) 磨削和研磨難加工材料(如硬質(zhì)合金、寶石、玻璃、石料等)。 2. 天然剛玉 天然剛玉的主要礦物成份為α——Al2O3,其顯微硬度為20.58Gpa,比重為3.93~4.00g/cm3。自然界存在的天然剛玉主要有以下三種: (1)優(yōu)質(zhì)剛玉(俗稱寶石)有藍(lán)寶石(含鈦)、紅寶石(含鉻)等; (2)普通剛玉,呈黑色或棕紅色; (3)金剛砂,可分為綠寶石金剛砂和褐鐵礦金剛砂,它是一種集合晶體,硬度較低。 在上述三種天然剛玉中,第一種主要用于首飾,而后二種可以作為磨料,用來制造砂輪、油石、砂紙、砂布或微粉、研磨膏等。 3.石榴石 石榴石的晶形較好,顯微硬度為13.33Gpa。屬于石榴石的礦物種類很多,但適合于作磨料的僅有鐵鋁石榴石一種,其礦物組成這:3FeO.Al2O3.3SiO2,含量不低于85~90%。 4。石英 石英的化學(xué)成份為SiO2,常夾雜有Al2O3、Fe2O3、 CaO MgO Fe2O3等。顯微硬度為8.04 Gpa,可用作磨料的石英礦有脈石英、石英巖及石英砂等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人造磨料的品種已達(dá)幾十種之多,天然磨料由于自身的缺陷,已被越來越多的人造磨料所取代,目前除了天然金剛石、石榴石外,其它種類的天然磨料用量甚微。 二、 人造磨料 人造磨料分剛玉系列、碳化物系列、超硬系列等幾大類?,F(xiàn)將各類磨料的簡要制造方法、特性及磨削對象分別敘述如下。 1. 剛玉系列人造磨料 屬于剛玉系的人造磨料有棕剛玉、白剛玉、鋯剛玉、微晶剛玉、單晶剛玉、鉻剛玉、鐠釹剛玉、黑剛玉及礬土燒結(jié)剛玉等。 (1)棕剛玉(A) 棕剛玉是以鋁礬土、無煙煤和鐵屑為原料,在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。在冶煉過程中,無煙煤中的碳將礬土中的氧化硅、氧化鐵和氧化鈦等雜質(zhì)還原成金屬,為些金屬結(jié)合在一起成為鐵合金,由于其比重較剛玉熔液大而沉降至爐底與剛玉熔液分離。僅有少量的雜質(zhì)夾雜在剛玉熔快中。 棕剛玉的主要礦物成份為物理剛玉,三方晶系,少量的礦物雜質(zhì)有:硅酸鈣、鈣斜長石、富鋁紅柱石(又稱莫來石)、鈦化物、玻璃體及少量鐵合金等。 棕剛玉的抗破碎能力較強,抗氧化、抗腐蝕,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,是一種用途廣泛的磨料。適用于磨削抗張強度高的金屬材料,如普通碳素鋼、硬青銅、合金鋼的細(xì)磨和精磨,磨加工螺紋和齒輪等,白剛玉還可用于精密鑄造及高級耐火材料。 (3)鉻剛玉(PA) 鉻剛玉中由于引入Cr3+改善了磨料的韌性,其韌性較白剛玉高,而硬度與白剛玉相近,用于加工韌性較大的材料時,其加工效率比白剛玉高,并且工件表面的光潔度也較好,鉻剛玉適應(yīng)于加工韌性高的淬火鋼、合金鋼、精密量具及儀表零件等光潔度要求較高的工件。 (4)微晶剛玉(MA) 微晶剛玉所采用的原材料及冶煉方法與棕剛玉基本相同,在停爐后立即把熔液通過流放或傾倒的方法倒入枝模子內(nèi)急速冷卻(一般在30分釧以內(nèi)),因而得到微細(xì)結(jié)晶的集合體。 微晶剛玉在冶煉過程中,雜質(zhì)的還原程度較差,Al2O3含量為94~96%,晶體尺寸一般在80~300微米,晶體占57~85%,最大晶體尺寸不超過400~600微米。它具有強度高,韌性較大的特點。適用于重負(fù)荷磨削,可以磨削不銹鋼、碳素鋼、軸承鋼以及特種球墨鑄鐵等材料,由于磨粒在磨削過程中呈微刃破碎狀態(tài),也被用于精密磨削甚至鏡面磨削。 (5)單晶剛玉(SA) 單晶剛玉是以礬土、無煙煤、鐵屑和黃鐵礦為原材料,在電弧爐內(nèi)共熔,礬土中的氧化鐵、二氧化硅和氧化鈦先后被還原并組成鐵合金從熔液中沉降至爐底。一小部分氧化鋁與碳、硫化亞鐵起復(fù)分解反應(yīng),生成少量的硫化鋁填充在單晶顆粒之間,當(dāng)熔塊冷卻后放入水中時,硫化鋁被溶解,而被硫化鋁隔開的單晶剛玉即可分散開成為自然粒度的磨料。 單晶剛玉呈灰白色,其顆粒形狀多為等積形,晶體內(nèi)不含雜質(zhì),具有多棱角的切削刃,在同樣的磨削力作用下,所形成的力矩小于其它磨料,因此它不易折碎,機械強度較高,單顆??箟簭姸葹?2~38kg,而棕剛玉僅為10~20kg。單晶剛玉由于有較高的硬度和韌性,所以切削能力較強,可用來加工工具鋼、合金鋼、不銹鋼、高鋇鋼等韌性大、硬度高的難磨材料。 (6)鋯剛玉(ZA) 鋯剛玉是以鋁氧粉和鋯英石為原料,在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成,整個過程基本上是一個熔化再結(jié)晶的過程。它是一種由α——Al2O3,與ZrO2組成的共晶集合體,在冶煉過程中應(yīng)盡可能使兩種結(jié)晶相互交錯構(gòu)成微晶型晶體。 鋯剛玉適用于高速重負(fù)荷磨削,可荒磨鑄鐵、鑄鋼、合金鋼和高速鋼等,特別適合于鈦合金、耐熱合金、高釩鋼、不銹鋼的磨加工。 (7)鐠釹剛玉(NA) 鐠釹剛玉的制造工藝與白剛玉相似,其差異是在冶煉過程中加入約0.175%的鐠釹富集物(氧化鐠、氧化釹、氧化鑭)。大量的磨削試驗證明其磨削性能優(yōu)于白剛玉,適用磨削不銹鋼、高速鋼、球磨鑄鐵、高錳鑄鋼及某些耐熱合金等。 (8)黑剛玉(BA) 黑剛玉的冶煉方法與棕剛玉相同,是以三水鋁礬土為原料,加少量還原劑,經(jīng)溶煉而成,其耗電量約為棕剛玉的三分之二。呈黑色,主要化學(xué)成分:Al2O3不低于77%,SiO2含量為10~12%, Fe2O3含量為7~10%,TiO2約為3%,比重不小于3.61. 黑剛玉具有很好的自銳性,磨削時發(fā)熱量少,加工件的光潔度較好,適用于零件電鍍前底面拋光,鋁制品和不銹鋼的拋光,也可用于拋光光學(xué)玻璃、加工木材等。由于它的親水性好,可用在制造砂紙、砂布和樹脂磨具,還可以作研磨膏和拋光粉。黑剛玉由于鐵含量高,因而不宜用于制造陶瓷磨具。 (9)礬土燒結(jié)剛玉 礬土燒結(jié)剛玉是唯一不用電爐冶煉的剛玉,它是用優(yōu)質(zhì)熟礬土(Al2O3含量85%以上)經(jīng)濕法球磨至3微米的微粒料漿(球磨時應(yīng)加粘結(jié)劑),再經(jīng)壓濾成型為各種幾何形狀的磨粒,在1500℃下燒結(jié)。 礬土燒結(jié)剛玉的主要化學(xué)成份是:Al2O3(85~88%)、SiO2(3~4%)、TiO2(3.5~4.5%)、Fe2O3(5.6~6.5%)。它具有α——Al2O3微晶結(jié)構(gòu),韌性高,可承受較大的磨削壓力而不至于破碎,并能切削較厚的金屬層,橫向進給可高達(dá)6mm以上。磨料的形狀可制成各種柱形體,這是所有磨料中唯一的特例,適用于重負(fù)荷荒磨。 2. 碳化物系列人造磨料 (1)碳化桂 碳化硅是以石英、石油焦炭為主料,水粉、食鹽為輔料按一定比例混勻后裝入電阻爐內(nèi),通過高溫冶煉而制成的人造磨料。 碳化硅分黑綠兩種:黑碳化硅呈黑色或藍(lán)黑色,綠碳化硅呈綠色或藍(lán)綠色。在制造過程中,生產(chǎn)綠色碳化硅的特點在于采用較純的原材料,爐料中加入食鹽,它可促進產(chǎn)品呈綠色。綠色碳化硅的純度要高于黑色碳化硅。 碳化硅不與任何酸起反應(yīng),但堿性氧化物的熔體能促使碳化硅的分解。 黑色碳化硅與剛玉系人造磨料相比,硬度較高、脆性較大,適用于加工抗張強度較低的金屬及非金屬材料,如灰鑄鐵、黃銅、鉛等有色金屬,以及陶瓷、玻璃廠料等硬質(zhì)脆性材料。 綠色碳化硅與黑色碳化硅相比,其純度、硬度、脆性稍大,適用于加工硬而脆的材料,如硬質(zhì)合金、玻璃、瑪瑙等,也廣泛用于量具、刃具、模具的精磨及飛機、汽車、船舶等發(fā)動機氣缸的珩磨。 隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步,碳化硅的非磨削用途在不斷擴大,在耐炎材料方面用于制作各種高級耐炎制品,如墊板、出鐵槽、坩鍋熔池等;在冶金工業(yè)上作為煉鋼脫氧劑,可以節(jié)電,縮短冶煉時間,改善操作環(huán)境;在電氣工業(yè)方面利用碳化硅導(dǎo)電、導(dǎo)熱及抗氧化性來制造發(fā)熱元件——硅碳棒。碳化硅的燒結(jié)制品可作固定電阻器,在工程上還可作防滑防腐蝕劑。碳化硅與環(huán)氧樹脂混合可涂在耐酸容器中、蝸輪機葉片上起防腐耐磨作用。 (2) 鈰碳化硅(CC) 鈰碳化硅是在碳化硅的爐料內(nèi)不加食鹽而添加微量的氧化鈰(CeO2)冶煉出來的,其外觀和綠碳化硅相似,顯微硬度為36.29Gpa。與綠碳化硅相比,其鈰碳化硅的顯微硬度、單顆粒抗壓強度、韌性等均比綠碳化硅高。 由于鈰碳化硅的物理性能有所改彎,因此,其磨削效果也得到了一定的改善。試驗證明磨鈦合金時,鈰碳化硅與綠碳化硅相比,切削效率提高近一倍,并且火花較小;磨鑄鐵時,當(dāng)進刀量為0.01mm時,鈰碳化硅的耐用度比綠碳化硅砂輪提高18.9%,磨削比提高9.6%,當(dāng)進刀量為0.02mm時,其耐用度提高27.4%,磨削比提高74.1%。由此可見,用鈰碳化硅磨削鑄鐵進刀量時,其效果比綠碳化硅提高的更顯著。磨硬質(zhì)合金的效果與綠碳化硅相近,磨削CO5Si M5Al 5F-6等難磨高速鋼,其效果與單晶剛玉相似。 (3) 碳化硼(BC) 碳化硼(B4C)是以硼酸(H3BO3)和炭素材料為原料,在電弧爐內(nèi)經(jīng)1700~2300℃的高溫冶煉,由碳直接還原熔融的硼酐(B2O3)而制得。 碳化硼是一種具有金屬光澤的灰黑色粉末,是一種超硬材料。在空氣中加熱至500℃時,碳化硼開始氧化當(dāng)溫度達(dá)到800~900℃時,其氧化作用更為顯著。碳化硼曾用來代替金剛石研磨硬質(zhì)合金刀具。其燒結(jié)制品可以代替金剛石作為砂輪的修整工具,適用于精磨碳鎢合金、碳鈦合金、燒結(jié)剛玉、人造寶石和特殊陶瓷等硬質(zhì)材料制品。 (4) 碳硅硼 碳硅硼是以硼酸、石英砂、石墨為原料,在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成,呈灰黑色,其硬度次于氮化硼高于碳化硼,脆性大,適用于硬質(zhì)合金、半導(dǎo)師體、人造寶石和特殊陶瓷等硬質(zhì)材料的加工。 3. 超硬系列人造磨料 (1)金剛石(JR) 金剛石是以石黑為原料,以某些金屬或合金為觸媒,在高溫(1000~2000℃)、高壓(557~608Mpa)下,使石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)而成。金剛石是已知的最硬物質(zhì),具有較高的抗壓強度、良好的導(dǎo)熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐磨性,以及較強的切削能力。 金剛石可分為JR1、JR2、JR3、JR4、JR5五個牌號,其特點和用途如下: 1.JR1型:晶體多為針片狀,晶面粗糙,用于制造樹脂結(jié)合劑金剛石磨具,主要用于硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃及難磨材料的精磨工序,加工效果好,表面光漫無邊際度高,有時也用于半精磨,但不適于重負(fù)荷磨削。 2.JR2型:晶體大部分為等積形,適于制造金屬結(jié)合劑及陶瓷結(jié)合劑金剛石磨具。它可承受較大的負(fù)荷,用于粗磨、半精磨硬質(zhì)合金及非金屬材料,也可切割光學(xué)玻璃、寶石、高硬巖石等。 3.JR3型:晶體較完整,晶面光滑,抗壓強度高,用于制造金屬結(jié)合劑地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。 4.JR4型:晶體完整,抗壓強度高于JR3,用于制造地質(zhì)鉆頭、修整工具和切割工具等。 5.JR5型:顆粒為淺黃或淡黃綠色,多為透明無雜質(zhì)的完整八面晶體,強度高,適于制造切割鋸片,鉆頭及修整工具等,用于加工硬脆非金屬材料。 (2)立方氮化硼 立方氮化硼是以六方氮化硼為原料,減金屬或堿土金屬或它們的氮化物作觸媒,在高壓高溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄w的氮化硼。這一轉(zhuǎn)變與石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸嗨啤? 立方氮化硼是一種新型的超硬磨料,其硬度僅次于金剛石,而熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于金剛石,特別是對鐵族金屬的化學(xué)惰性好,不易與鋼材起反應(yīng),磨既硬又韌的鋼材時具有獨特的優(yōu)點,耐磨性比普通磨料高30~40倍,在加工高速鋼、合金鋼、耐熱鋼時,其工作能力在大超過金剛石磨具的工作能力。亦可作為磨加工硬質(zhì)合金及非金屬材料使用。