초경질 다이아몬드 합금으로 우수한 절단 도구를 만들 수 있습니다.

본드 영화 제목은 속일 수 있습니다. 강철 절단과 같은 까다로운 작업에 있어서 다이아몬드는 영원하지 않습니다. 이제 연구자들은 다이아몬드를 인간이 만든 단단한 물질인 입방정 질화붕소와 ​​결합하여 상업용 절삭 공구보다 성능이 뛰어난 합금을 만들었습니다. 재료를 실용적인 규모로 만들 수 있다면 건설, 자동차, 항공우주 산업에 유용할 수 있습니다.

위: 다이아몬드-입방체 질화붕소 합금 재료 샘플. 하단: 커터의 광택 경사면... [+] 합금으로 제작되었습니다. (제공: DW He/SCU)

중국 청두에 있는 쓰촨대학교 원자 및 분자 물리학 연구소의 Duanwei He가 이끄는 팀의 이번 연구는 Applied Physics Letters 저널에 실렸습니다.

강철을 가공한 다음 화강암을 절단해야 하는 건설 프로젝트를 진행하고 있다고 가정해 보겠습니다. 절단, 연삭, 광택을 내는 도구에는 두 가지 필수 요구 사항이 있습니다. 즉, 절단하는 재료보다 단단해야 하고, 절단 과정에서 발생하는 열로 인해 성능이 저하되어서는 안 됩니다. 다이아몬드는 그만큼 단단하지만 화학적으로 불침투성이지는 않습니다. 표면은 강철과 같은 철 함유 합금을 가공하는 데 필요한 온도에서 산화될 수 있습니다. 입방정질화붕소는 안정성이 뛰어나므로 특히 다양한 종류의 강철에 적합한 연마재입니다. 하지만 다이아몬드만큼 단단하지는 않기 때문에 항상 다이아몬드의 성능을 능가할 수는 없습니다.

보편적인 절단 재료인 두 세계의 장점을 모두 얻기 위해 어떻게든 다이아몬드와 입방정 질화붕소를 혼합하는 것이 논리적인 것 같습니다. 그건 어려운 주문이에요. 한 가지 큰 과제는 안정성과 절단 성능을 테스트하기에 충분한 재료를 확보하는 것이었습니다.

그와 동료들은 크기 문제를 해결했습니다. 그들의 새로운 합금은 직경이 3mm에 이릅니다. 이는 약 1/8인치로 절단 도구로 가공하기에 충분한 크기입니다. 합금을 만들기 위해 연구원들은 분말형 다이아몬드와 입방정 질화붕소의 1:1 혼합물을 다양한 동시 고압(해수면에서 지구 기압의 약 100,000~200,000배)과 고온 조건(켈빈 1,300~2,600도)에 적용했습니다. , 태양 표면의 약 1/3 정도 뜨겁습니다).

He의 최고 합금은 경화강과 화강암에 대한 고속 절단 테스트에서 다결정질 다이아몬드나 다결정질 입방정 질화붕소를 함유한 상용 공구보다 성능이 뛰어났습니다. 또한 합금은 다른 두 소재에 비해 공구 수명이 더 길어졌습니다. 중요한 것은 합금이 다이아몬드만큼 단단하고 입방정 질화붕소만큼 불활성이라는 예상되는 특성의 혼합을 가지고 있다는 것입니다.

두 가지 질문이 향후 작업의 초점이 될 것입니다. 첫째, 더 나은 재료를 설계하기 위해 이 합금에서 어떤 화학적 통찰력을 얻을 수 있습니까? 연구팀의 측정 결과에 따르면 붕소와 탄소, 탄소와 질소 사이에 결합이 형성되었을 수 있으며, 두 물질의 입자 사이의 경계면에서 가장 가능성이 높습니다. 채권의 수량과 성격이 명확하지 않습니다.

둘째, 이 고압, 고온 합성이 지속적이고 저렴하게 규모를 확장할 수 있을까요? 이 합금을 가열하고 압축하여 존재하게 하려면 에너지가 필요합니다. 연구팀은 밀리미터 크기가 아닌 센티미터 크기의 합금을 합성하기 위해 노력하고 있습니다. 이들이 기계 공장에서와 마찬가지로 은행에서도 경쟁할지 여부는 시간이 말해 줄 것입니다.