燕山大学王明智教授分享《不同的碳前驱物制备NPD的途径 —工业条件下制备NPD的难点及可行性分析》

“工欲善其事，必先利其器”，器者，工具也！说到“硬气”，金刚石材料当仁不让，作为自然界中在最硬的材料，具有硬度大（莫氏硬度10级），抗压强度强的性质，长期以来被应用于军事工程和高端科技领域，广泛应用于科学研究和工业等，是不可或缺的重要战略物资，促进了近代与现代工业和科学技术的发展。

合成金刚石和cBN材料硬度历史年表，红线表示超硬材料的阈值（40 GPa），青色阴影区表示天然金刚石单晶的硬度范围（60~120 GPa）。图片来源：《科学通报》

金刚石多晶体（polycrystalline diamond, PCD）作为重要切割工具的一种，以金刚石微粉通过粉末烧结的方式烧结在一起得到。然而，金刚石是常压亚稳相，高的温度会促使其向石墨发生转变。

碳的温度-压力（P-T）相图

通常，工业生产的PCD是通过添加助剂实现烧结的，烧结助剂一般分为金属和陶瓷，其性能远低于金刚石，从而大大削弱了 PCD 的性能。

随着科技的进步，现有的 PCD 产品并不能满足现代加工的需求了。传统 PCD 的各方面缺点都是来源于所用添加剂。因此，制备无添加剂的 PCD 是 未来发展的方向。

2003 年，日本科学家 Irifune 教授联合日本住友株式会社共同开发了由纯金刚石相组成的 NPD。在随后的研发中，他们对 NPD 的实际运用做了很多的工作。从硬度、韧性、热稳定性以及切割性能等各个方面验证了，NPD 的性能要远优于传统的 PCD 和单晶金刚石，可作为理想的切割工具。

(a)  高温高压下获得的柱状 NPD 光学照片；(b) NPD 切刀样图

纳米聚晶金刚石（NPD）是由石墨在高温高压下直接转变而成的，具有良好的热稳定性、耐磨性、高于金刚石单晶的硬度，同时具有金刚石单晶所不具备的各向同性。

然而，NPD 现存两个基本的问题：

1. 如何降低其极端的合成条件，使得 NPD 能够被工业化制备？

2. 如何进一步地增加 NPD 的性能？

2020年7月16日（周四）晚19:30-20:30，DT新材料&材视&中国超硬材料网，特邀燕山大学王明智教授，作报告分享《不同的碳前驱物制备NPD的途径 —工业条件下制备NPD的难点及可行性分析》，带您揭开NPD神秘面纱！

嘉宾介绍

王明智

燕山大学，教授

中国材料研究学会超硬材料专业委员会副主任委员，中国超硬材料协会专家委员会主任；国务院特殊津贴获得者，主要研究方向：超硬及超硬复合材料，特种化合物制备

课程大纲

1. 论述了NPD作为切削工具的优越性及必要性；

2. 压力过高是使设备、耗材要求过高及工艺时间过长，使制造成本高昂的主要原因；

3. 通过以石墨和碳纳米葱作为前驱物制备NPD的不同路径，分析了为什么需要不同高压的基本原理。

课程亮点

回答了为什么以碳纳米葱为前驱物制备NPD会大幅度降低需要的高压；只有降低制备压力才是降低制备成本的关键！

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