燕大学者提出预测材料硬度的微观理论

　　能不能找到比金刚石综合性能更优异的新的超硬材料?

　　一份来自中国燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室的论文——《共价晶体的硬度》，提出了共价材料硬度的微观理论，给出了预测超硬材料硬度的公式，解决了困扰材料科学家近一个世纪的难题。

　　按照这一公式，不用花费巨资去合成任何一种材料，就能预先知道它有多硬。《共价晶体的硬度》让人类在硬度科学理论研究方面前进了一大步。

　　1、“究竟谁比谁硬”近一个世纪的难题

　　在自然界中，色彩瑰丽、晶莹剔透的金刚石是一种稀有的、已知物质中最坚硬的单矿物晶体。

　　金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级(或称钻石级)金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。工业用金刚石以其超硬性被广泛地应用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地质勘探、国防等工业领域和现代高科技领域。金刚石是一种稀有的非金属矿产资源，到目前为止全球已探明的储量也仅有19亿克拉(相当于380吨)，而我国的天然金刚石储量仅有4.18吨，这远远满足不了人类对金刚石的需求。

　　从19世纪末开始，人类便尝试人工合成金刚石。经过科学家们长期不懈的努力，终于在1955年由美国科学家霍尔(Hall)第一次采用高温高压技术用石墨合成了金刚石，这是人类合成超硬材料史上的第一个里程碑，它使人类将金刚石大批量地应用于工业成为现实。时至今日，该方法仍是合成工业金刚石的主要方法。然而，在金刚石被应用于工业的实践中，人们发现了它的两个致命的弱点：一是热稳定性差，当温度达到700℃以上时，金刚石开始转变为石墨，后者的硬度与金刚石有天壤之别;二是化学惰性差，金刚石在加工钢铁材料时易与材料中的铁发生化学反应，从而不同程度地丧失了超硬特性，使应用受到限制。这促使科学家们又开始了探求硬度与金刚石相当且能克服上述弱点的新型超硬材料的尝试。