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中国深山沟里埋着一大宝贝:比钻石还坚硬,发动机寿命问题获解决

  • 宝运莱国际
  • 2019-03-25
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简介立方氮化硼是一种人工合成超硬材料,1954年美国科学家在成功的合成了人造金刚石以后,又于1957年首次合成了该物质。1963年,我国第一

    立方氮化硼是一种人工合成超硬材料,1954年美国科学家在成功的合成了人造金刚石以后,又于1957年首次合成了该物质。1963年,我国第一颗人造金刚石试制成功,1966年我国的笫一颗立方氮化硼颗粒在一座压力为300吨的两面顶压机上诞生。经过五十多年的发展,我国立方氮化硼产业不断发展壮大,技术水平也不断提高,产量也越来越高,国内外市场占有率也变得越来越大,现已成为世界立方氮化硼生产的大国,并正在成为强国。据行业资料统计,2016年我国生产立方氮化硼5.5亿克拉,产量已占世界总量的70%以上,居世界第一。

    

    

     2009年,中美地质学家在高原南部山区地下深处发现了天然的立方氮化硼矿物,推翻了立方氮化硼被认为在自然界不存在的权威论断,并被正式命名为青松矿,以纪念在地质矿产研究中做出卓越贡献的,已故中国地质科学院地质研究所研究员方青松。立方氮化硼是否和金刚石一样,在国内有值得开采的矿山呢?这也是一个让人极感兴趣的问题。据公开资料披露, 立方氮化硼与人造金刚石相比具有下列优势:热稳定性高,可达1340℃(空气介质中),而金刚石的耐温极限在空气中一般不超过800℃,否则就会引起金刚石的氧化失重,由于金刚石主要是由碳元素构成,不耐高温是一个明显的缺点。立方氮化硼加工硬脆高硬材料的切削性能稍不及人造金刚石,因此在早期并没有得到广泛利用。但在人们大量应用人造金刚石进行金属加工后发现,其在高温下会与铁基金属会发生化学反应,而立方氮化硼则稳定得多,加工中金属磨除率是金刚石的10倍。

    

    

     已被广泛地应用于黑色金属加工领域,使机械加工在实现高精、高效、节能及自动化方面向前迈进了一大步,经实践证明,其切削加工刀具寿命比硬质合金刀具寿命提高几十倍到几百倍。因而国外把立方氮化硼定为重点发展和普及的重要材料,甚至认为“立方氮化硼的出现导致了磨削技术的革命”。例如新一代手枪具有射击精度好、可靠性高、容弹量大、握持舒适等优点,深受部队干部战士的好评,其性能已经达到了国际先进水平,在国际侦察兵比武大赛中多次获得单项大奖。但同时在使用中也反映出了该枪枪机的防滑齿粗糙度差、齿尖棱角锋利,在使用中易伤手等问题,严重影响了该枪的使用。由于其生产数量极大,如果采用传统的机加工+手工打磨方法解决不仅价格昂贵,而且影响外形美观。

    

    

     在改用立方氮化硼成型磨轮后,一个磨轮可对近万件手枪枪机进行加工打磨,不仅解决了防滑齿的加工问题,而且从质量上彻底满足了枪机防滑齿表面质量要求,计划在全行业内进行推广。立方氮化硼薄膜也是优良的梯度功能材料,例如我国在某155毫米自行火炮大功率柴油发动机内部镀上一层立方氮化硼薄膜后,其扭矩,发动机功率,燃油消耗率均有不同程度的性能提升,高速时改善效果还更好一些,而且在长时间使用后,其功率衰减性能明显优于原未镀膜柴油发动机。并且让人惊奇的是,原来履带式装甲车辆柴油机黑烟满天飞的情况也大幅度改善,节能环保性得到了提高。

    

    

     在航空航天工业,立方氮化硼也大有用武之处,目前航空发动机难加工材料主要为钛合金、高温合金等,在国外早已普遍使用立方氮化硼刀具对其进行机械加工,精度,寿命和生产效率大幅提高。为保障部队需要,我国航空工业目前也广泛应用了立方氮化硼刀具,用以满足航空发动机大批量生产的需要。为提高航空发动机热端寿命,我国科研人员在涡轮叶片的叶尖涂上了陶瓷涂层后,又涂上了硬度比陶瓷涂层更高的立方氮化硼涂层,这种双重结构的涂层既保证了耐磨性能,也保证了涂层的抗氧化和腐蚀性能,同时,露出陶瓷表面的硬质颗粒尖端可以切入机匣封严涂层表面,形成特定的运行轨迹,减小叶尖和机匣之间的间隙,从而提高了发动机效率和输出功率。

    

    

     为进一步满足国防科研生产的需要,我国科学家在最近还研制出了一种新型立方氮化硼同族材料,经初步研究表明,其硬度比人造金刚石还要高,如果能在以后量产后得到广泛应用,那将标志着世界第一硬的称号有可能将正式换人。

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