超硬材料研究新进展

高熵陶瓷性能及应用的研究进展摘要高熵陶瓷是一种新兴的陶瓷材料，虽然问世只有短短的几年，但是在性能和应用方面都取得了一定的进展。

本文从高熵陶瓷的性能及应用两方面进行了简要的总结及展望。

关键词高熵陶瓷；性能；应用；展望高熵陶瓷性能优异，应用广泛，作为结构陶瓷具有高硬度高耐磨性的特征，作为功能陶瓷具有优异的热电性，低热导等特征，可应用于超高熔点陶瓷，热电材料，催化剂及电极材料等领域。

本文简要综述了高熵陶瓷的性能及应用两方面，最后进行了简要的总结和展望。

1.高熵陶瓷的性能高熵陶瓷的类型众多，不同类型的高熵陶瓷性能各异，主要具有热导率低，比电容高，锂离子存储能力强，硬度高，抗氧化能力强等优异性能。

1.1.热导率低：高熵陶瓷晶格中产生的大量晶格畸变以及高熵陶瓷组元的增加都会使得其热导率下降，例如Chen等人[1]制备的(Zr0.2Hf0.2Ti0.2Nb0.2Ta0.2)C碳化物高熵陶瓷具有0.39W·m-1·K-1的低室温导热系数以及0.74mm2/s的低热扩散率。

Yan等人[2]制备的(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Nb0.2Ti0.2)C碳化物高熵陶瓷，在氩气环境中超过1140℃时仍具有热稳定性，该高熵陶瓷的导热系数低，扩散率远低于五元碳化物HfC，ZrC，TaC，NbC和TiC。

1.2.比电容高，锂离子存储能力强：氧化物和氮化物高熵陶瓷具有出色的电容保持能力如Jin等人[3]制备的（V0.2Cr0.2Nb0.2Mo0.2Zr0.2）N氮化物高熵陶瓷在100 mV/s的扫描速率下可获得78 F/g的比电容,具有作为超级电容器的应用潜力，另外Qiu等人[4]使用（Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2）O氧化物高熵陶瓷作为锂离子电池的负极材料，该高熵陶瓷可提供约1585 mAh/g的高初始放电比容量，和920mAh/g的可逆容量，并且经过长期循环，电极仍然保持稳定。

1.3.硬度高：碳化物高熵陶瓷一般都拥有更高的硬度如Sarker 等人[5]制备的（Hf0.2Nb0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C和（Hf0.2W0.2Ta0.2Ti0.2Zr0.2）C碳化物高熵陶瓷的硬度分别为32 GPa（几乎比ROM预测高50％）和33 GPa，可用作设计新型超硬材料。

人造钻石目录[隐藏]简介人造钻石的鉴别方法人造钻石的生产方法国内人造钻石水平进展合成钻石的鉴别简介人造钻石是一种由直径10到30纳米的钻石结晶聚合而成的多结晶钻石，早期的人造钻石由于空气中的氮原子进入钻石晶体而呈淡淡的糖稀颜色，经过科学家的改良制作方法，现在生产的人造钻石在外观上和天然钻石没有任何差异，由于生成环境的不同，人造钻石的的分子结构并不是天然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象。

随着人造钻石生产技术的成熟，其造价低廉，且可以制作出各种颜色的钻石而在珠宝市场上崭露头角。

虽然出自实验室或工厂的人工合成钻石已有几十年的历史，但是具备宝石质量的人造钻石是最近才出现的。

本来人造钻石主要用于制造切割工具等工业用途上，但现在同样也被使用在珠宝首饰上。

公平交易的法则要求人造钻石商在销售时如实说明其质量实况，并用一般接受的词汇来描述，如“人工合成”、“人造”或“实验室制造”。

几乎所有的人造钻石都属于Ib 型，而此类型在天然钻石中只占不足百分之二。

有一种不很昂贵的设备能验证Ib型的钻石，但要确定一颗钻石是否是人工合成的，则依赖于合资格的宝石实验室的检测。

1954年，人造钻石首次成功合成，当时，一批通用电器公司的研究员在实验室里制造出一颗钻石，他们仿造钻石在自然界形成的环境，给碳加以极度的高温和高压。

同样在上个世纪五十年代，另一种制造合成钻石的方法被研发成功，这种叫化学气相沉积（CVD）的方法，在很低压力和相对低的温度下，将碳从含碳的混合气体沉积成钻石基体。

人造钻石的鉴别方法人造钻石的品质精良外貌与天然钻石难以区分，但是还是有办法的，钻石商可以用非常简单的方法确认钻石是否在实验室培养长大，他们用的是强力磁铁，因为人造钻石内部有培养过程残留的金属结晶，强力磁铁便能将钻石吸起。

人造钻石的生产方法在2300℃、15到18万个大气压的高温高压环境下，在中心放一颗很小的天然钻石作为种子，在种钻周围是高温金属液体，在金属溶液的上层是石墨，在这种环境下石墨中的碳原子会从金属院子中列队走向钻石从而形成新的钻石。

超硬材料涂层1.金刚石、类金刚石（DLC）涂层金刚石涂层是新型刀具涂层材料之一。

它利用低压化学气相沉积技术在硬质合金基体上生长出一层由多晶构成的金刚石膜，用其加工硅铝合金和铜合金等有色金属、玻璃纤维等工程材料及硬质合金等材料，刀具寿命是一般硬质合金刀具的50～100倍。

金刚石涂层采纳了很多金刚石合成技术，最一般的是热丝法、微波等离子法和DC等离子喷射法。

通过改进涂层方法和涂层的粘结，已生产出金刚石涂层刀具，并在工业上得到了应用。

近年来，美国、日本和瑞典等国家都已相继推出了金刚石涂层的丝锥、铰刀、铣刀以及用于加工印刷线路板上的小孔金刚石涂层硬质合金钻头及各种可转位刀片，如瑞典Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25等牌号产品。

美国Turchan公司开发的一种激光等离子体沉积金刚石的新工艺，用此法沉积金刚石，由于等离子场包围整个刀具，刀具上的涂层均匀，其沉积速度比常规CVD法快1000倍。

此法所成的金刚石涂层与基体之间产生真正的冶金结合，涂层强度高，可防止涂层脱落、龟裂和裂纹等缺陷。

CemeCon公司具有特色的CVD金刚石涂层技术，2000年建立生产线，使金刚石涂层技术达到工业化生产水平，其技术含量高，可以批量生产金刚石涂层。

类金刚石涂层在对某些材料（Al、Ti及其复合材料）的机械加工方面具有明显优势。

通过低压气相沉积的类金刚石涂层，其微观结构与天然金刚石相比仍有较大差异。

九十时代，常采纳激活氢存在下的低压气相沉积DLC，涂层中含有大量氢。

含氢过多将降低涂层的结合力和硬度，增大内应力。

DLC中的氢在较高的温度下会渐渐释放出来，引起涂层工作不稳定。

不含氢的DLC硬度比含氢的DLC高，具有组织均匀、可大面积沉积、成本低、表面平整等优点，已成为近年来DLC涂层讨论的热点。

美国科学家A.A.Voevodin提出沉积超硬DLC涂层的结构设计为Ti—TiC—DLC梯度变化涂层，使硬度由较软的钢基体渐渐提高到表层超硬的DLC涂层。

了贡献 。
１ 粉末触 媒合成 柱 的生产 由粗 放式 向精 细标
准化 生产 进 步 １ １ 生 产 流程 的细 化 和精 确 控 制 ．
进人 ２ １ ００年后 ， 刚石市场复苏超过人们 金 预期 ， 市场行情 逐渐 回暖。各 个合成 厂家也 都 忙于上 ６０以上的大 型设备扩 大产 能。但是具 ５ 体到粉末触媒法合成金 刚石技术和产业 的发展
第 １— ２期
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超硬材 料合 成现状 、 工艺及技 术 ・ 尹
翔
等
粉 末触媒 法合 成金 刚石的新 进展
２１ ０ ０年 ６ 月
粉 末 触媒 法 合成 金 刚石 的新 进 展
尹 翔 徐 燕 军 ， 柳 成 渊
１ 北 京安 泰钢 研 超硬 材 料 制 品公 司 ． ２ 中 国钢 研 科 技 集 团 北 京 １２０ ． ０２ ０
加的趋 势。近几 年 ， 随着粉 末触媒 法合成 金 刚
石技术 的不断进 步和推广 ， 合压 机 的大 型化 结
和精确控制系统 的完善 ， 使得 我 国的人 造金 刚
国内静压法金刚石工业合成技术 的发展趋 势以
供交流 。
石产量和质量 大 幅度 提高 ， 刚石单价 不断走 金
低， 为推动整个金 刚石磨 料磨具产 业发展 做 出
２ ６
Hale Waihona Puke 以混料及其均匀性评 价为例。粉末触媒与
石 墨 粉 的密 度 相 差 较 大 ， 给 粉 末 触 媒 一石 墨 这
粉体系的均匀混合带来 了很大 困难 。我们采用
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超 硬 材料合 成现 状 、 艺及技 术 ・ 工
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第 １— ２期