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立方氮化硼单晶和金刚石的区别是什么?

2025-02-25
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成分与结构

  • 立方氮化硼单晶:是由氮原子和硼原子以共价键结合而成的化合物,在其晶体结构中,硼原子和氮原子交替排列,通过 BN 共价键相连形成四面体结构。

  • 金刚石:是碳的单质,为典型的原子晶体,每一个碳原子都以 sp³ 杂化轨道形式与其他四个碳原子通过共价键相连,形成四面体结构。

物理性质

  • 硬度:立方氮化硼单晶莫氏硬度为 9.7,显微硬度为 8000-9000kg/mm²;金刚石是自然界中最硬的物质,莫氏硬度为 10,显微硬度为 10000kg/mm²。

  • 热稳定性:立方氮化硼单晶可承受 1200℃以上的切削温度;金刚石在大气中 600°C 时就发生氧化,在真空中 1300℃-1400℃会转变为石墨。

  • 导热性:立方氮化硼单晶的导热系数为 79.54 W/m・K,随着切削速度提高导热系数会逐渐增高;金刚石的导热系数高达 146.5 W/m・K,是已知材料中导热性最好的之一。

  • 颜色与透明度:纯净的立方氮化硼单晶为无色透明,但通常因合成条件和杂质等因素,会呈现黑色、琥珀色等;金刚石通常也为无色透明,但天然金刚石可能因含杂质而有各种颜色,如黄色、蓝色、绿色等。

化学性质

  • 化学稳定性:立方氮化硼单晶对于铁、钢和氧化环境具有良好的化学惰性,在 1150℃以下都不与铁系金属反应,在氧化环境中会形成氧化硼薄层,进一步增加其化学稳定性,但遇碱性水溶液会发生化学反应;金刚石与铁、钴、镍等过渡金属具有很强的亲和性,高温下铁原子极易与金刚石中的碳原子作用使其转化为石墨结构。

  • 抗氧化性:立方氮化硼在 1000℃时也不会发生氧化现象;金刚石在大气中高温时容易发生氧化。

制备与来源

  • 立方氮化硼单晶:通常采用高温高压触媒法或晶种温度梯度法等人工合成方法制备,自然界中几乎不存在天然的立方氮化硼单晶1。

  • 金刚石:有天然金刚石和人造金刚石之分。天然金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的,经过地质作用被带到地表;人造金刚石则是通过模拟天然金刚石形成的条件或采用化学气相沉积等方法在实验室中合成。

应用领域

  • 立方氮化硼单晶:主要用于加工各种淬硬钢、冷硬钢等铁系难加工材料,制作磨具、刀具等,在高速及超高速研磨抛光中可发挥出磨料的自锐特性。

  • 金刚石:广泛应用于加工硬质合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料,在珠宝首饰、切削工具、钻探工具、光学器件、半导体等领域也有重要应用。

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