超硬材料とはその名の通り、非常に高い硬度を持った材料です。一般的に硬度が最も高いのはダイヤモンドでモース硬度は10、cBNはダイヤモンドより若干低いため、超硬材料とは通常ダイヤモンドとcBN、またはこれら2つの材料を主成分とした複合材料を指します。 「工業用歯」として使われるコランダム、SiC、超硬、ハイスという4種類の超硬材料の硬度はダイヤモンドやcBNよりもはるかに低いため、超硬材料は最も硬く、最も切れ味の良い材料とも呼ばれています。 「産業の歯」または「素材の王様」。超硬材料の構造と性質 1. ダイヤモンドの構造と性質 ダイヤモンドの主な元素構成は他の炭素材料と同様に炭素です。天然ダイヤモンドでも人造ダイヤモンドでも、どんな種類のダイヤモンドでも多かれ少なかれ不純物は含まれています。ダイヤモンドには通常、窒素不純物が含まれています。ダイヤモンド結晶中の窒素含有量の違いにより、ダイヤモンドは2種類（タイプIダイヤモンドとタイプIIダイヤモンド）に分けられます。
ダイヤモンドの分類
ダイヤモンドハイブリッド軌道電子雲分布、原子構造、単位胞構造
炭素材料は近年非常に熱い研究テーマとなっている材料です。 21世紀は「炭素時代」とも呼ばれます。炭素材料は、その優れた性能から、特に国家戦略的新興産業を中心に、さまざまな分野で広く利用されています。グラフェンおよびカーボンナノ材料、炭素繊維およびその複合材料、ダイヤモンド、炭素ベースのフィルムおよび従来の炭素材料（カーボンブラック、多孔質炭素、黒鉛、特殊黒鉛など）は、リチウム電池、キャパシタ、エネルギー貯蔵、太陽光発電、半導体、光電子ディスプレイ、5G通信、センサー、一般航空、将来の輸送、ハイエンド機器、その他の分野。
2. cBNの構造と性質
立方晶窒化ホウ素 (cBN) は、超硬材料の中で 2 番目に多い種類です。窒化ホウ素の化学構造は BN で、ホウ素と窒素の 2 つの元素で構成されます。窒化ホウ素には、主に六方晶窒化ホウ素 (hBN)、立方晶窒化ホウ素 (cBN)、菱面体晶窒化ホウ素 (rBN)、および緻密な六方晶窒化ホウ素 (wBN) の 4 つの異なる結晶構造があります。 hBN、rBNではSP2モードで窒素原子とホウ素原子がハイブリダイズし、cBN、wBNではSP3モードで窒素原子とホウ素原子がハイブリダイズします。
某社のcBN単結晶数種類（同社ホームページより） cBNはダイヤモンドより硬度が若干低く、色も多彩です。結晶の色は含まれる不純物の種類と量に関係します。 cBN は独特の光電子特性を持っています。機能的なデバイス用途を得るには、大型で高品質の cBN 単結晶を合成することが避けられない選択です。しかし、大型 cBN 結晶の成功率はダイヤモンドよりもはるかに低いです。これは、大粒径 cBN の合成条件がより厳しく、その応用分野がまだ見つかっていないためと考えられます。超硬材料の応用 1. 超硬材料製品の主な種類 超硬材料とその製品、工具は産業界で広く使用されています。従来のツールでは処理できない、または処理が難しいという問題を解決するだけでなく、従来の処理の効率を大幅に向上させ、消費量と廃棄物の排出量を大幅に削減します。いくつかの超硬材料製品および工具 (a. ブレード、b. 研削砥石、c. 鋸刃、d. ドリルビット) 超硬材料製品および工具の主な種類には、鋸引き工具、研磨材 (結合研磨材、コーティング研磨材、遊離研磨材を含む) が含まれます。 ）、切削工具、穴あけ工具、ドレッシング工具、伸線ダイス、その他の工具およびさまざまな機能コンポーネント。 2. 天然ダイヤモンドと人工ダイヤモンド (1) 天然ダイヤモンド 天然ダイヤモンドから得られるダイヤモンドを天然ダイヤモンドといいます。天然ダイヤモンドは、明るくゴージャスで希少で貴重なため、人々に大切にされています。私の国では誰もが知っている「ダイヤモンドは永遠、そして一つのダイヤモンドは永遠に続く」という広告スローガンがあります。天然ダイヤモンドは、宝飾品としての使用に加えて、産業でもよく使用されます。ダイヤモンドの工業用途は、その非常に高い硬度に基づいて長い間行われてきました。ガラスを切断するためのダイヤモンド ナイフは、地質調査や石油や石炭採掘のためのドリル ビットを作るためのダイヤモンドの使用を思い出させます。ダイヤモンドは、高温で酸素、特に鉄とさまざまな程度の酸化反応を起こすため、鉄金属の加工には適していません。 (2) 人工ダイヤモンド 人工ダイヤモンドは、業界ではラボラトリー グロウン ダイヤモンドまたは培養ダイヤモンドと呼ばれることがよくあります。人工ダイヤモンドの大きな粒子または大きな単結晶は、合成ダイヤモンドジュエリーの加工に使用されてきました。人工ダイヤモンドも本物のダイヤモンドであり、天然ダイヤモンドと同じ組成と構造を持っています。この 2 つは、陰極照度計などの非常に特殊な方法でのみ区別できます。前者の成長組織は幾何学的であり、後者はリング状です。 2006 年以降、GIA などの宝石機関は、主に業者が安価な合成ダイヤモンドを天然ダイヤモンドとして販売するのを防ぐために、鑑別サービスの提供と証明書の発行を開始しました。これまでダイヤモンド業界の研究者たちは、人工ダイヤモンドを効率的に合成する方法を模索してきましたが、画期的な発見はありませんでした。 2 つの主な障害は、コストと生産要因に起因します。数十年の研究を経て、静的触媒条件下での超高圧高温法により大きな単結晶ダイヤモンドを合成する技術が成熟しました。我が国は、超高圧高温法で合成される大型単結晶人造ダイヤモンドやマイクロ波プラズマCVD法による人工ダイヤモンドの合成技術の開発と応用が急速に進歩している。合成ダイヤモンドのジュエリーは市場で販売され、形になり始めています。 3. cBN の主な用途 ダイヤモンドと比較して、cBN は高い熱安定性や鉄族元素に対する化学的不活性などの独特の利点を持っています。現在、cBN には主に 2 つの用途があります。1 つは研磨工具の製造で、もう 1 つは工具材料として多結晶立方晶窒化ホウ素を製造することです。したがって、cBN は鉄系金属材料の加工において独自の特長を有しており、加工が困難な硬くて靱な鉄系材料に新たな加工ツールを提供します。 cBNの主な用途は以下の通りです。 (1) 研磨工具材料として使用されます。鉄系材料と非鉄金属材料の両方の加工に使用できます。 (2)工具素材として使用されます。切削工具に使用される材質は、多結晶立方晶窒化ホウ素が一般的です。 PcBNはcBN単結晶から作製された微粉末です。炭化チタンやコバルトなどの接着剤を加え、6面トッププレスで高圧・高温で焼結して作られています。特に鉄系金属およびその合金の加工に威力を発揮し、特に高速切削や乾式切削に適しています。また、研削加工を旋削加工やフライス加工に置き換えることもでき、生産効率が大幅に向上します。
(3) 機能性材料として使用されます。高熱伝導率のcBNは、光電子機能デバイスに使用できます。超硬材料は、さまざまな材料の中で少数の種類ですが、かけがえのない材料であり、徐々に他の材料に取って代わられる可能性があります。
