Хімія

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Кожен з вас знає, що еталоном твердості на сьогодні так і залишається алмаз. При визначенні механічної твердості існуючих на землі матеріалів твердість алмазу береться як еталон: при вимірах методом Мооса - у вигляді поверхневого зразка, методами Віккерса або Роквелла - в якості індентора (як більш тверде тіло при дослідженні тіла з меншою твердістю).

На сьогоднішній день можна відзначити кілька матеріалів, твердість яких наближається до характеристик алмазу.

Порівнюються в даному випадку оригінальні матеріали, виходячи з їх мікротвердості по методу Віккерса, коли матеріал вважається надтвердим при показниках в понад 40 ГПа. Твердість матеріалів може змінюватися, залежно від характеристик синтезу зразка або напряму прикладеної до нього навантаження.

Коливання показників твердості від 70 до 150 ГПа - загальновстановленому поняття для твердих матеріалів, хоча еталонної величиною прийнято вважати 115 ГПа. Давайте розглянемо 10 найбільш твердих матеріалів, крім алмазу, які існують в природі.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

10. Субоксід бору (B6O) - твердість до 45 ГПа

Субоксід бору має здібності створювати зерна, що мають форму ікосаедра. Освічені зерна при цьому не є відокремленими кристалами або різновидами квазікристалів, представляючи собою своєрідні кристали-двійники, які з двох десятків спарених кристалів-тетраедрів.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Зміст недостатньої кількості атомів кисню в субоксіде бору забезпечує матеріалу характеристики, властиві керамічним матеріалам. Дана речовина має якості хімічної інертності, підвищеної міцності, стійкості до стирання при невисоких показниках щільності, а його монокристали володіють твердістю в 45 ГПа.

10. Диборид ренію (ReB2) - твердість 48 ГПа

Багато дослідників ставлять під сумнів питання, чи може цей матеріал зараховуватися до матеріалів надтвердого типу. Це викликано досить незвичайними механічними властивостями сполуки.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Пошарове чергування різних атомів робить цей матеріал анізотропним. Тому вимірювання показників твердості виходять різними за наявності різнотипних кристалографічних площин. Таким чином, випробуваннями диборида ренію при малих навантаженнях забезпечується твердість в 48 ГПа, а при збільшенні навантаження твердість стає набагато менше та становить приблизно 22 ГПа.

8. Борид магнію-алюмінію (AlMgB14) - твердість до 51 ГПа

Склад являє собою суміш алюмінію, магнію, бору з невисокими показниками тертя ковзання, а також високою твердістю. Ці якості могли б стати знахідкою для виробництва сучасних машин і механізмів, що працюють без мастила. Але використання матеріалу в такій варіації поки що вважається непомірно дорогим.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

AlMgB14 - спеціальні тоненькі плівки, що створюються за допомогою лазерного напилення імпульсного типу, мають здатність володіти мікротвердістю до 51 ГПа.

7. Бор-вуглець-кремній - твердість до 70 ГПа

Основа такого з'єднання забезпечує сплаву якості, які передбачають оптимальну стійкість до хімічних впливів негативного типу і високій температурі. Такий матеріал забезпечується мікротвердістю до 70 ГПа.

6. Карбід бору B4C (B12C3) - твердість до 72 ГПа

Ще один матеріал - карбід бору. Речовина досить активно стало використовуватися в різних сферах промисловості практично відразу ж після його винаходу в 18 столітті.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Мікротвердість матеріалу досягає 49 ГПа, але доведено, що і цей показник можна збільшити за допомогою додавання іонів аргону в будову кристалічної решітки - до 72 ГПа.

5. Нітрид вуглецю-бору - твердість до 76 ГПа

Дослідники і вчені з усього світу давно намагаються синтезувати багатоскладні надтверді матеріали, в чому вже були досягнуті відчутні результати. Компонентами сполуки є атоми бору, вуглецю та азоту - близькі за розмірами. Якісна твердість матеріалу доходить до 76 ГПа.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

4. Наноструктуровані кубоніт - твердість до 108 ГПа

Матеріал ще називається кінгсонгітом, боразон або ЕЛЬБОР, а також володіє унікальними якостями, успішно використовуються в сучасній промисловості. При показниках твердості кубоніта в 80-90 ГПа, близьких до алмазному еталону, сила закону Холла-Петч здатна зумовити їх значне зростання.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Це означає, що при зменшенні розмірів кристалічних зерен збільшується твердість матеріалу - існують певні можливості збільшення до 108 ГПа.

3. Вюртцітний нітрид бору - твердість до 114 ГПа

Вюрцитного кристалічна структура забезпечує високі показники твердості даному матеріалу. При локальних структурних модифікаціях, під час програми навантаження конкретного типу, зв'язки між атомами в решітці речовини перерозподіляються. У цей момент якісна твердість матеріалу стає більше на 78%.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

2. Лонсдейліт - твердість до 152 ГПа

Лонсдейліт є аллотропной модифікацією вуглецю і відрізняється явною схожістю з алмазом. Виявлено твердий природний матеріал був в метеоритний кратер, утворившись з графіту - одного з компонентів метеорита, однак рекордної ступенем міцності він не володів.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Вченими було доведено ще в 2009 році, що відсутність домішок здатне забезпечити твердість, що перевищує твердість алмазу. Високі показники твердості здатні забезпечуватися в цьому випадку, як і у випадку з вюртцітним нітридом бору.

1. Фуллер - твердість до 310 ГПа

Полімеризований фуллерит вважається в наш час самим твердим матеріалом, відомим науці. Це структурований молекулярний кристал, вузли якого складаються з цілих молекул, а не з окремих атомів.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Твердість фуллерита становить до 310 ГПа, і він здатний подряпати алмазну поверхню, як звичайний пластик.

Найтвердіші матеріали на Землі ТОП 10

Як бачите, алмаз це більше не найтвердіший природний матеріал у світі, науці доступні більше тверді сполуки.

   
   

Цей проект є науково-популярним періодичним виданням, що покликаний висвітлювати нові технології і допомагати робити наше життя кращим. Знання - ось що є двигуном прогресу, не тільки лінь. Ми - це сайт наукових новин, ми регулярно збираємо і публікуємо новини в науці, техніці, медицині, космонавтиці, а також пишемо про все найцікавіше у світі науки.

Зображення