超硬納米孿晶結構塊材問世硬度超人工金剛石

近日，燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室教授田永君領導的研究小組與多家科研機構合作，利用高溫高壓技術成功合成出超高硬度的納米孿晶結構立方氮化硼塊材。相關研究成果發表于最新一期的《自然》雜志。

據介紹，立方氮化硼是一種重要的超硬材料，在鐵基材料加工行業中獲得了廣泛應用。但令人遺憾的是，人工合成立方氮化硼單晶的硬度還不到金剛石單晶的一半。而材料學中的霍爾—佩奇（Hall－Petch）關系顯示，多晶材料硬度隨晶粒尺寸減小而增大。因此，合成納米結構立方氮化硼已成為提高硬度的有效手段。

此前，利用類石墨結構氮化硼前驅物在高溫高壓下的馬氏體相變，科學家們已合成出最小晶粒尺寸為14納米的納米晶立方氮化硼。

田永君及其合作者——吉林大學超硬材料國家重點實驗室教授馬琰銘、美國芝加哥大學教授王雁賓和河北工業大學教授唐成春等人在最新實驗中，用一種具有特殊結構的洋蔥氮化硼為前驅物，成功地合成出透明的納米孿晶結構立方氮化硼。實驗結果顯示，該物質孿晶的平均厚度僅為3.8納米，硬度達到甚至超過人工合成的金剛石單晶，斷裂韌性高于商用硬質合金，抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身。這些優異的綜合性能表明納米孿晶結構立方氮化硼將成為一種工業界期盼已久的刀具材料。

業內專家認為，該研究成果突破了人們對材料硬化機制的傳統認識，向人們展現了合成高性能超硬材料的新途徑——獲得超細納米孿晶結構。