超硬材料发展前景论文参考文献

物理学院的飘过~~超硬的实验室在吉林大学理化楼 东面 我同学好几个考哪里去了。。听说还不错吧，导师很地道，每周都开组会，组织学习研究，直接导致我和他们几个没法打dota了 。。前景很乐观，但你要能坐住板凳，当大师兄，给老板干活勤快点就是了。。超硬材料是典型的高压相材料，在国家多个行业的产业链中起到关键作用，决定国家的工业水平，被发达国家称为“战略物资”。高压科学是超硬材料发展的科学基础和重要前沿。高压下出现的异于常态物质结构和性质的高压相是探索新材料的源泉。高压研究是获得现代国防关键数据的重要途径。实验室将围绕超硬多功能材料、常压下难以制备的新材料以及高压科学开展研究。主要方向：(1)超硬与新型功能材料的高温高压合成。研究在高温高压下合成超硬材料的物理问题和关键技术，提高超硬材料品质，探索利用高温高压等条件制备新型功能材料及常压下难以制备的新材料，推动研究成果产业化。(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料关键制备技术与基本物理问题；开发与推广超硬薄膜材料在精加工刀具等方面的应用；研究其原型器件结构和制备技术，探索新材料在大功率光电器件、抗辐射耐高温半导体等高新技术领域中的应用。(3)高压对物质结构和性质的影响与高压相变。发展高压下拉曼光谱、X光衍射、红外光谱、布里渊散射、电学测量等高压原位微区测量技术，建立高压下的理论体系，探索高压下体材料和纳米材料的结构、性质及相变规律，为制备超硬和多功能高压相材料提供实验与理论依据。开展高压技术在其它学科中的研究。 实验室建设以来，科研工作取得显著进展：1、超硬与新型功能材料的高温高压合成方面。自主研发二十多种类型的高品级金刚石单晶和特种高品级工业金刚石的合成技术，进行系列应用基础研究，促进行业壮大，引领行业发展。2、超硬多功能薄膜材料方面。完善了大尺寸高品质金刚石厚膜制备技术和工艺；制备出用于大功率半导体激光器的高热导金刚石膜热沉；实现金刚石厚膜在精密加工领域中的应用。最先发现硼掺杂金刚石厚膜的超导特性，确定超导转变温度和零电阻温度；在金刚石基宽带异质结性能标定、能级模型和载流子输运特性研究方面取得突破；系统地给出高硬度碳氮（CNx）膜生长、结构及相应的场发射特性；实现了金刚石单晶气相外延生长，制备出了大尺寸金刚石单晶。3、高压对物质结构和性质的影响与高压相变方面。发现金属钠在200万大气压转变为“透明”的宽带隙绝缘体。发现碘新分子晶体相。解释存在于碘和溴的高压原位拉曼光谱中观察到两个新的振动模式。两种不同键长的分子内共价键共存于同一体系中，对理解分子解离、金属氢的研究有重要指导意义。在实验室构建的超高压下原位物质结构分析和性能测试实验平台和高压理论计算平台上，发现了压力能有效提高热电材料热电效率等多种新的高压效应；观察到高温高压下液液一级相变、压致等结构金属化相变等新的相变；揭示以往多种物质中难以确定的压致相变的物理机制；首次实现C60纳米棒以及碳纳米管内C60的压致共价键聚合，获得常压方法难以得到、具有优异性质的新型准一维纳米材料。这些重要的研究进展和成果在Nature、PNAS、Physical Review Letters等期刊发表了一批高质量论文，连续多年荣获省部级科技奖，并获得一批发明专利，提升了实验室的科研能力。 实验室以开放课题、国际合作、访问学者、主办国际会议促进开放交流。中国科学院物理研究所等多个科研单位承担了实验室的开放课题，与美国华盛顿-卡内基研究院等国际著名研究机构长期保持良好的合作关系，主办“高压材料国际学术邀请会”等国际会议，每年来自美国、瑞典、德国、韩国的高级访问学者来室参加会议或在实验室组织的“物质科学前沿论坛”作报告。在依托单位吉林大学的有力支持下，实验室的长期奋斗目标是主要研究方向达到国际先进水平、若干研究领域达到国际领先水平。学术上做出重要原创性工作，促进学科发展，将实验室建设成为在国际上有重要影响的超硬多功能材料和高压科学的研究中心。推动科研成果产业化，为提高我国超硬材料行业的科技水平、增强国际竞争能力和实现可持续发展做出贡献。 超硬材料是典型的高压相材料，在国家多个行业的产业链中起到关键作用，决定国家的工业水平，被发达国家称为“战略物资”。高压科学是超硬材料发展的科学基础和重要前沿。高压下出现的异于常态物质结构和性质的高压相是探索新材料的源泉。高压研究是获得现代国防关键数据的重要途径。实验室将围绕超硬多功能材料、常压下难以制备的新材料以及高压科学开展研究。主要方向：(1)超硬与新型功能材料的高温高压合成。研究在高温高压下合成超硬材料的物理问题和关键技术，提高超硬材料品质，探索利用高温高压等条件制备新型功能材料及常压下难以制备的新材料，推动研究成果产业化。(2)超硬多功能薄膜材料。研究超硬多功能薄膜材料关键制备技术与基本物理问题；开发与推广超硬薄膜材料在精加工刀具等方面的应用；研究其原型器件结构和制备技术，探索新材料在大功率光电器件、抗辐射耐高温半导体等高新技术领域中的应用。(3)高压对物质结构和性质的影响与高压相变。发展高压下拉曼光谱、X光衍射、红外光谱、布里渊散射、电学测量等高压原位微区测量技术，建立高压下的理论体系，探索高压下体材料和纳米材料的结构、性质及相变规律，为制备超硬和多功能高压相材料提供实验与理论依据。开展高压技术在其它学科中的研究。 实验室建设以来，科研工作取得显著进展：1、超硬与新型功能材料的高温高压合成方面。自主研发二十多种类型的高品级金刚石单晶和特种高品级工业金刚石的合成技术，进行系列应用基础研究，促进行业壮大，引领行业发展。2、超硬多功能薄膜材料方面。完善了大尺寸高品质金刚石厚膜制备技术和工艺；制备出用于大功率半导体激光器的高热导金刚石膜热沉；实现金刚石厚膜在精密加工领域中的应用。最先发现硼掺杂金刚石厚膜的超导特性，确定超导转变温度和零电阻温度；在金刚石基宽带异质结性能标定、能级模型和载流子输运特性研究方面取得突破；系统地给出高硬度碳氮（CNx）膜生长、结构及相应的场发射特性；实现了金刚石单晶气相外延生长，制备出了大尺寸金刚石单晶。3、高压对物质结构和性质的影响与高压相变方面。发现金属钠在200万大气压转变为“透明”的宽带隙绝缘体。发现碘新分子晶体相。解释存在于碘和溴的高压原位拉曼光谱中观察到两个新的振动模式。两种不同键长的分子内共价键共存于同一体系中，对理解分子解离、金属氢的研究有重要指导意义。在实验室构建的超高压下原位物质结构分析和性能测试实验平台和高压理论计算平台上，发现了压力能有效提高热电材料热电效率等多种新的高压效应；观察到高温高压下液液一级相变、压致等结构金属化相变等新的相变；揭示以往多种物质中难以确定的压致相变的物理机制；首次实现C60纳米棒以及碳纳米管内C60的压致共价键聚合，获得常压方法难以得到、具有优异性质的新型准一维纳米材料。这些重要的研究进展和成果在Nature、PNAS、Physical Review Letters等期刊发表了一批高质量论文，连续多年荣获省部级科技奖，并获得一批发明专利，提升了实验室的科研能力。 实验室以开放课题、国际合作、访问学者、主办国际会议促进开放交流。中国科学院物理研究所等多个科研单位承担了实验室的开放课题，与美国华盛顿-卡内基研究院等国际著名研究机构长期保持良好的合作关系，主办“高压材料国际学术邀请会”等国际会议，每年来自美国、瑞典、德国、韩国的高级访问学者来室参加会议或在实验室组织的“物质科学前沿论坛”作报告。在依托单位吉林大学的有力支持下，实验室的长期奋斗目标是主要研究方向达到国际先进水平、若干研究领域达到国际领先水平。学术上做出重要原创性工作，促进学科发展，将实验室建设成为在国际上有重要影响的超硬多功能材料和高压科学的研究中心。推动科研成果产业化，为提高我国超硬材料行业的科技水平、增强国际竞争能力和实现可持续发展做出贡献。

金属材料在目前的情况下，前景依然不错，这种状况将持续很长时间，非金属材料的研究进展将决定这种状态的时间长短．

超硬材料指硬度可以与金刚石相比拟的材料，超硬材料是一种重要的工程材料，通常是指硬度达到莫氏硬度最高值10或接近10的材料，主要应用于复合材料、无机非金属材料、硬质合金的加工，作为一种重要的 功能材料。目前常见的超硬材料有金刚石（天然金刚石和人造金刚石）、立方氮化硼等。法律分析如果流量远远低于保证精确度的最小流量，将导致无输出（如涡街流量计）或输出信号被当作小信号予以切除（如差压式流量计），这对供方来说都是不利的，有失公正。为了防止效益的流失，对于一套具体的热能计量设备，供需双方往往根据流量测量范围和能够达到的范围度，约定某一流量值为“约定下限流量”，而且约定若实际流量小于该约定值，按照下限收费流量收费。县级以上人民政府计量行政部门可以根据需要设置计量检定机构，或者授权其他单位的计量检定机构，执行强制检定和其他检定、测试任务。执行前款规定的检定、测试任务的人员，必须经考核合格。这一功能通常在流量显示仪表中实现。县级以上地方人民政府计量行政部门根据本地区的需要，建立社会公用计量标准器具，经上级人民政府计量行政部门主持考核合格后使用。企业、事业单位根据需要，可以建立本单位使用的计量标准器具，其各项最高计量标准器具经有关人民政府计量行政部门主持考核合格后使用。计量检定工作应当按照经济合理的原则，就地就近进行。计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。法律依据《中华人民共和国刑法》 第一百四十五条 生产不符合保障人体健康的国家标准、行业标准的医疗器械、医用卫生材料，或者销售明知是不符合保障人体健康的国家标准、行业标准的医疗器械、医用卫生材料，足以严重危害人体健康的，处三年以下有期徒刑或者拘役，并处销售金额百分之五十以上二倍以下罚金；对人体健康造成严重危害的，处三年以上十年以下有期徒刑，并处销售金额百分之五十以上二倍以下罚金；后果特别严重的，处十年以上有期徒刑或者无期徒刑，并处销售金额百分之五十以上二倍以下罚金或者没收财产。

众所周知，金刚石材料的成分是碳，金刚石与铁系有亲和力，切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700度，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应，与黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损，所以，金刚石不能用于加工黑色金属只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000度的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。已成为未来难加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。 金刚石烧结体（PCD）的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。在大量涌现的新材料中，大部分都是难加工材料，如高硅铝合金，汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般，含硅量低于10%的铝合金，用硬质合金切削工具即可，但含硅量超过10%,就只能借助PCD。当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上，有的已达18%以上，所以非PCD莫属。但是，由于PCD的种类很多，有合理选择的必要。其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此，在应用中也必须根据被加工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。PCD在国内外的生产已十分普及，但是质量有较大的差异，因此在价格上出入很大。 立方氮化硼烧结体（PCBN）是CBN颗粒与结合剂一起烧结而成，硬度仅次于金刚石，与黑色金属无亲和力。但是，PCBN不适于切削一般的钢件。PCBN刀具材料性能如下：（1） 具有较高的硬度和耐磨性。BN晶体结构与金刚石相似，化学键类型相同，晶格常数相近，因此具有与金刚石相近的硬度和强度。CBN微粉的显微影度为HV8000-9000，其烧结体PCBN的硬度为HV3000-5000。（2） 具有很高的热稳定性。CBN的耐热性可达1400-1500℃，PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。（3） 具有优良的化学稳定性。由于PCBN耐高温，在大气和水蒸气中，在900℃以下无任何变化 且稳定，甚至在1300℃时，和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应，更不会像金刚石那样急剧磨损，这时它仍能保持硬质合金的硬度，因此，它不仅能切削淬火过的钢零件或冷硬铸铁，而且能被广泛应用于高速或超高速的切削工作上。（4） 具有较好的导热性。在各类刀具材料中，CBN的导热性仅次于金刚石，大大高于硬质合金，而且随着温度的升高，PCBN的导热系数是增加的。（5） 具有较好的摩擦系数。与不同材料间的摩擦系数CBN为,硬质合金为,随着切削速度的提高, 摩擦系数是减小的。 CVD、PVD等技术的出现，是切削工具领域中的一次重大的革命。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响，理想的切削工具应当是既有硬的表面，又有高的韧性，涂层技术便达到了这个目标。最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质，如TiN、TiC、Al2O3等，近年来，涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用，许多产品相继出现在市场上。超硬材料涂层的发展，使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高，面对当前大量涌现的难加工材料，这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能力，前景相当喜人?br> 超硬材料涂层的种类共有三大类，即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的材料是相同的，和PCD与PCBN相比，因不含结合剂，所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的，只是薄膜而已，使用时与陶瓷涂层类同。 金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速，形成了"金刚石薄膜热"。在这十多年内，气相合成的方法发展到二十多种，一般沉积的速度每小时只1～2um,如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了100um/h以上，最高达到930um/h。我们称之为厚膜金刚石。厚膜金刚石是纯金刚石，其硬度接近天然金刚石，而PCD、PCDN是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成，因此硬度受到结合剂的影响，其硬度不如前者。我国已成功地掌握了这门技术，最大的沉积厚度达到了。现在已商品化，进入了国际先进行列。厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂，是纯金刚石，所以它的硬度高得多，与天然金刚石不同，它具有各向同性，成本低，因此在许多方面将取代PCD。用作拔丝模将是均匀磨损，因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高，在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能，因此颇受超精密领域的重视。总之，金刚石和超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域，对各种工业的发展将起到巨大的推动作用，前景十分广阔。