Долгое время алмаз считался абсолютным эталоном твёрдости. Но современная наука показала, что это не совсем так.
А существуют ли материалы, которые твёрже алмаза?
А теперь подробнее. Чтобы это понять, нужно разобраться, что такое твёрдость. В материаловедении есть два ключевых понятия:
- Твердость по Моосу: Шкала от 1 до 10, где 10 — это алмаз. Это шкала относительной устойчивости к царапанию.
- Модуль всестороннего сжатия (Bulk Modulus): Измеряет устойчивость материала к сжатию, его "несжимаемость".
Исходя из этого, материалы, превосходящие алмаз, делятся на две категории:
1. Материалы, которые царапают алмаз (твёрже по Моосу)
а) Лонсдейлит (Гексагональный алмаз)
Что это? Это аллотропная модификация углерода, как и обычный алмаз (кубический), но с другой кристаллической решёткой (гексагональной).
- Откуда берётся? Образуется при ударе метеоритов о месторождения графита. Синтезируется в лабораториях.
- Насколько твёрже? Теоретические расчёты показывают, что его твёрдость может превышать твёрдость алмаза на 58%. Однако в природе он почти всегда содержит примеси, поэтому его свойства не достигают теоретического максимума.
б) Фуллерит (Агрегированные алмазные наностержни, АДНР)
Что это? Не путать с фуллеренами (футбольными мячами из углерода). Это уникальная форма углерода, состоящая из сжатых под высоким давлением углеродных нанотрубок, которые спекаются в наностержни.
- Насколько твёрже? Это, пожалуй, самый известный "победитель" алмаза. Фуллерит имеет примерно на 11% более высокое сопротивление сжатию, чем алмаз, и может его царапать. Он был синтезирован в начале 2000-х годов.
2. Материалы, которые более "несжимаемы", чем алмаз
Эти материалы могут не царапать алмаз, но они лучше сопротивляются сжатию, что также является мерой твёрдости.
Вюртцитный нитрид бора (w-BN)
- Что это? Аналог лонсдейлита, но состоит из атомов бора и азота. Имеет такую же гексагональную решётку.
- Насколько твёрже? Теоретически его твёрдость может быть выше, чем у алмаза. Он также обладает большей термостойкостью, чем алмаз, и не окисляется на воздухе при высоких температурах.
Почему же алмаз всё ещё "король" в массовом сознании?
- Природная доступность. Алмазы образуются в природе в огромных количествах по геологическим меркам. Лонсдейлит же встречается крайне редко.
- Синтез. Алмазы относительно легко и дёшево синтезировать в промышленных масштабах. Производство фуллерита или чистого лонсдейлита — это сложные и дорогие лабораторные процессы.
- Комплекс свойств. Алмаз — это не только твёрдость. Он обладает идеальным сочетанием свойств: высочайшая теплопроводность, оптическая прозрачность, химическая стабильность. Это делает его незаменимым в промышленности (буровые коронки, абразивы, режущий инструмент) и в ювелирном деле.
Вывод: Алмаз перестал быть абсолютным чемпионом твёрдости в научных лабораториях. Существуют материалы, превосходящие его по этому параметру. Однако благодаря своей доступности, отработанной технологии производства и уникальному набору свойств алмаз остаётся непревзойдённым материалом для большинства практических применений.
Спасибо за прочтение! Подписывайтесь на наш канал, переходите на наш сайт, ваш DIAM!