顧名思義，超硬材料就是硬度極高的材料。一般來(lái)說(shuō)，金剛石的硬度最高，莫氏硬度為10，CBN的硬度略低于金剛石。因此，超硬材料通常是指金剛石和CBN，或以這兩種材料為主要成分制成的復(fù)合材料。

剛玉、碳化硅、硬質(zhì)合金和高速鋼這四種被用作“工業(yè)牙齒”的硬質(zhì)材料，其硬度遠(yuǎn)低于金剛石和立方氮化硼。因此，超硬材料也被稱為最堅(jiān)硬、最鋒利的“工業(yè)牙齒”或“材料之王”。

1. 鉆石

與其他碳材料一樣，金剛石的主要化學(xué)元素成分是碳。無(wú)論是天然鉆石還是人造鉆石 人造金剛石不論哪種鉆石都會(huì)含有或多或少的雜質(zhì)。金剛石一般含有氮雜質(zhì)。根據(jù)金剛石晶體中氮含量的不同，金剛石可分為兩類（I型金剛石和II型金剛石）。

近年來(lái)，碳材料是一種非常熱門的材料。 21世紀(jì)也被稱為“碳時(shí)代”。碳材料以其優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是在國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，如石墨烯及碳納米材料、碳纖維及其復(fù)合材料、金剛石碳基薄膜和傳統(tǒng)碳材料（炭黑、多孔碳、石墨、特種石墨等）在鋰電池、電容器、儲(chǔ)能、光伏、半導(dǎo)體、光電顯示、5G通訊、傳感器、通用航空、未來(lái)交通、高端裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景

2、cBN

立方氮化硼（CBN） 是超硬材料的第二大品種。氮化硼的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為BN，由硼和氮組成。氮化硼有四種不同的晶體結(jié)構(gòu)，主要是六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（CBN）、菱方氮化硼（RBN）和致密六方氮化硼（WBN）。 hBN和RBN中的氮和硼原子在SP2中雜化，而CBN和WBN中的氮和硼原子在SP3中雜化。

CBN的硬度略低于金剛石，晶體顏色與雜質(zhì)的種類和數(shù)量有關(guān)。 CBN具有獨(dú)特的光電特性。合成大尺寸、高質(zhì)量的CBN單晶是功能器件應(yīng)用的必然選擇。然而，CBN晶體的大尺寸遠(yuǎn)不如金剛石成功。這可能是因?yàn)榇箢w粒CBN的合成條件比較嚴(yán)格，其應(yīng)用還沒(méi)有找到合適的領(lǐng)域。

超硬材料的應(yīng)用

1、超硬材料產(chǎn)品

超硬材料及其制品和工具已廣泛應(yīng)用于工業(yè)。它們不僅解決了傳統(tǒng)工具無(wú)法加工或難以加工的問(wèn)題，而且顯著提高了傳統(tǒng)加工效率，顯著降低了消耗和廢物排放。

幾種超硬材料產(chǎn)品和工具（A.刀片；B.砂輪；C.鋸片；D.鉆頭）

超硬材料產(chǎn)品和工具的主要品種包括鋸切工具、磨具（包括固結(jié)磨具、涂附磨具和松散磨具）、切削工具、鉆孔工具、精加工工具、拉絲模具、其他工具和不同功能的零件。

2. 天然和人造鉆石

(1) 天然金剛石

從天然鉆石中提取的鉆石稱為天然鉆石。天然鉆石明亮、華麗、稀有、珍貴。它們被視為珍寶。有一則廣告寫著“一顆鉆石永存，永恒”，這是中國(guó)婦女和兒童所熟知的。

天然鉆石除了用作首飾外，更多地用于工業(yè)。金剛石的工業(yè)用途長(zhǎng)期以來(lái)一直是利用其特殊的高硬度。切割玻璃的金剛石刀提醒我們，金剛石是用來(lái)為地質(zhì)勘探和石油和煤炭開采準(zhǔn)備鉆頭的。金剛石在高溫下會(huì)被氧不同程度地氧化，特別是與鐵的親和性好，不適合黑色金屬加工。

(2) 人造金剛石

人造金剛石，業(yè)內(nèi)又稱實(shí)驗(yàn)室合成金剛石或培育金剛石。大顆?；騿尉У娜嗽煦@石已被用來(lái)加工合成鉆石首飾。人造鉆石也是真正的鉆石，其成分和結(jié)構(gòu)與天然鉆石相同。兩者只能通過(guò)一種非常特殊的方式來(lái)區(qū)分。例如，在陰極發(fā)光儀器下，前者的生長(zhǎng)織構(gòu)是幾何形的，后者是環(huán)形的。自2006年起，GIA等珠寶機(jī)構(gòu)開始提供鑒定服務(wù)并頒發(fā)證書，主要是為了防止商家以低于天然鉆石的價(jià)格出售合成鉆石。過(guò)去，鉆石行業(yè)的研究人員一直在尋找人造鉆石的高效合成方法，但一直沒(méi)有突破。兩個(gè)主要障礙來(lái)自成本和生產(chǎn)因素。經(jīng)過(guò)幾十年的研究，靜態(tài)催化劑條件下超高壓高溫法合成大金剛石單晶的技術(shù)已經(jīng)成熟。我國(guó)在超高壓高溫法合成人造金剛石大單晶和微波等離子體CVD法合成人造金剛石的技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用方面取得了快速發(fā)展。人造鉆石首飾已在市場(chǎng)上銷售，并已初具規(guī)模。

三、CBN的主要應(yīng)用

CBN與金剛石相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如高熱穩(wěn)定性和與鐵族元素的化學(xué)惰性。

目前，CBN主要用于兩個(gè)方面：一是制造磨具，二是制造多晶立方氮化硼作為工具材料。因此，CBN在加工黑色金屬材料方面獨(dú)樹一幟，為硬、韌難加工的鐵基材料提供了一種新的加工工具。

用作研磨材料。不僅可用于鐵基材料的加工，也可用于有色金屬材料的加工。

用作工具材料。多晶立方氮化硼一般用于刀具。 PCBN是由CBN單晶制備的微粉。它是通過(guò)添加碳化鈦、鈷和其他粘合劑，然后用六面頂壓機(jī)在高壓和高溫下燒結(jié)而成。對(duì)黑色金屬及其合金的加工特別有效，特別適用于高速切削和干切削。實(shí)現(xiàn)了以車代磨、以銑代磨，大大提高了生產(chǎn)效率。

用作功能材料。高導(dǎo)熱CBN可應(yīng)用于光電功能器件。

超硬材料是許多不同材料的小變種，但它是一種不可替代的材料，可能會(huì)逐漸取代其他一些材料。