Сегодня, 12 февраля, более полувека назад, был впервые синтезирован боразон.
Боразон, кубический нитрид бора, стал ключевым элементом в современных технологиях, развивая индустрию обработки материалов и создавая новые возможности в мире изготовления инструментов. Его история, начиная с открытия в 1957 году, представляет увлекательный путь от фундаментальных исследований до промышленного применения.
Открытие и Синтез
В 1957 году американский ученый Роберт Венторф впервые синтезировал кубический нитрид бора, названный боразон. Этот материал стал известен своей уникальной твердостью и стойкостью, приближенной к алмазной. Открытие Венторфа открывало новые перспективы для обработки материалов и создания инструментов, способных выдерживать экстремальные условия. Боразон лишь немного уступает в твердости алмазу, но лучше выдерживает температуры и воздействие агрессивных сред.
Скоро сказка сказывается...
Всё, конечно же, было непросто... Синтез боразона обычно требует очень высоких температур и давлений. Вот некоторые общие параметры, которые часто применяются при синтезе боразона:
Температура: Около 3273 К (3000 °C) и выше. Это крайне высокая температура, которая обеспечивает достаточную энергию для проведения химической реакции между бором и азотом.
Давление: Около 7–8 гигапаскалей (70 000–80 000 атмосфер). Это высокое давление также является ключевым фактором для обеспечения успешной реакции.
Исходные материалы: Обычно используют боровые и азотные соединения, такие как борид бора (например, B2O3) и азотид бора (например, BN), как исходные материалы.
Эти условия синтеза не только сложны для достижения, но и требуют специализированного оборудования, такого как высокотемпературные печи и пресса для создания высоких давлений.
К слову сказать, исследования по синтезу боразона и его свойствам велись в различных лабораториях по всему миру. Важно отметить, что результаты этих исследований часто были опубликованы в научных статьях, и сам процесс синтеза мог различаться в разных лабораториях. Некоторые из ведущих исследовательских учреждений, где проводились работы по боразону, включают:
- General Electric Research Laboratory (New York): Роберт Венторф, который впервые синтезировал боразон в 1957 году, работал именно здесь. Его исследования привели к успешному синтезу кубического нитрида бора.
- Университет Пенсильвании (University of Pennsylvania): В дальнейшем, исследования по боразону и его применениям проводились в различных университетах и лабораториях, включая Университет Пенсильвании.
- Институт Твердого Тела и Низкотемпературной Физики Академии Наук СССР (ИТТНФ АН СССР): Институт был активен в области исследования твердотельных материалов и свойств материалов при низких температурах. Он находится в Хрустальном, Россия.
- Институт Физики Металлов Уральского Отделения Академии Наук СССР (ИФМ УрО РАН): Институт в Екатеринбурге, Россия, также занимался исследованиями в области физики металлов и твердотельных материалов.
Несколько позже данный материал был произведен и в России, где одним из его названий было "эльбор".
Многие мировые университеты и исследовательские институты также внесли свой вклад в изучение свойств боразона.
Технологический Прорыв
С первых лет своего существования боразон обнаружил свое применение в различных областях. С началом промышленного производства в 1960-х годах, инструменты с боразоновыми элементами стали непременными компонентами в металлообработке и точной обработке.
Применение в Промышленности
1. Металлообработка и Инженерия
Инструменты с боразоновыми элементами стали незаменимыми в металлообработке. Сверла, фрезы и режущие инструменты с боразоновыми наконечниками обеспечивают высокую эффективность и точность при обработке металлов и сплавов. Боразоновые абразивы также нашли применение в производстве инструментов для точной обработки.
2. Авиация и Ракетостроение
В авиационной и ракетной промышленности, где требуются компоненты с выдающимися механическими характеристиками, боразон применяется для создания лезвий турбин, буровых инструментов и других деталей двигателей. Его высокая твердость и стойкость делают его идеальным материалом для сбалансированных и долговечных компонентов.
3. Технологии Обработки Дерева
В индустрии обработки дерева, боразон применяется для создания точных и износостойких инструментов, таких как фрезы и сверла. Это позволяет производителям эффективно работать с деревянными материалами, сохраняя высокую точность и долговечность инструментов.
Технологии Производства Боразона
Развитие технологий синтеза боразона и инженерных подходов к его внедрению в различные отрасли продолжается. Современные методы обеспечивают не только высокое качество боразоновых инструментов, но и более эффективные процессы их производства.
Современный мир
Мы часто принимаем современные блага цивилизации как нечто само собой разумеющееся. Тем не менее вот несколько направлений в технологиях, где нынешний уровень без применения материалов и инструментов, использующих боразон, был бы не достижим.
- Турбины, в том числе турбины авиационных двигателей. Здесь необходима и высокая точность и производительность, и приемлемая цена.
- Горнопроходческая техника. Там, где раньше тоннели строились десятилетиями, сейчас требуются всего лишь месяцы и годы. Твёрдый и прочный боразон может использоваться в такой технике наряду с алмазами.
- Микротехнологии. Инструменты для сверхточной обработки, в том числе миниатюрных деталей, также требуют высокопрочных инструментов.
- Изготовление деталей, подвергаемых высокому давлению, подверженных повышенному износу. Для повышения прочности и износостойкости их покрывают боразоновой пленкой методом напыления.
Итак, на настоящий день более 60 лет технологии с применением боразона участвуют в развитии технологий. И, возможно, это только начало.
Достигнуты ли пределы прочности и твердости? Мы не знаем. Но наверняка впереди нас ждет еще много замечательных открытий.