Liga de diamante superdura pode produzir ferramentas de corte superiores

Os títulos dos filmes de Bond podem enganar - os diamantes não duram para sempre quando se trata de tarefas exigentes, como cortar aço. Agora, os pesquisadores combinaram diamante com nitreto cúbico de boro, um material duro feito pelo homem, para fazer uma liga que supera as ferramentas de corte comerciais. Se o material puder ser fabricado em escala prática, poderá ser útil nas indústrias de construção, automotiva ou aeroespacial.

Acima: Amostras de materiais de liga de nitreto de boro cúbico de diamante. Parte inferior: Faces de corte polidas dos cortadores... [+] feitas de liga. (Crédito: DW He/SCU)

O trabalho, de uma equipe liderada por Duanwei He, do Instituto de Física Atômica e Molecular da Universidade de Sichuan, em Chengdu, China, foi publicado na revista Applied Physics Letters.

Digamos que você esteja em um projeto de construção que exige usinar aço e depois cortar granito. As ferramentas que cortam, retificam e polim têm dois requisitos essenciais: devem ser mais duras do que o material que estão cortando e não devem degradar-se como resultado do calor gerado pelo processo de corte. O diamante é tão duro quanto parece, mas não é quimicamente impermeável. Sua superfície pode oxidar nas temperaturas necessárias para trabalhar ligas que contêm ferro, como o aço. O nitreto cúbico de boro tem estabilidade superior, por isso é o abrasivo ideal para muitos tipos de aço, entre outros materiais. No entanto, não é tão duro quanto o diamante, por isso nem sempre consegue o melhor desempenho do diamante.

Parece lógico misturar de alguma forma diamante com nitreto cúbico de boro para obter o melhor dos dois mundos – um material de corte universal. Essa é uma tarefa difícil. Acontece que um grande desafio tem sido obter material suficiente para testar a estabilidade e o desempenho de corte.

Ele e seus colegas resolveram o problema do tamanho. Suas novas ligas atingem 3 milímetros de diâmetro. Isso equivale a cerca de um oitavo de polegada, grande o suficiente para ser transformado em ferramentas de corte. Para fazer as ligas, os pesquisadores submeteram misturas 1:1 de diamante em pó e nitreto cúbico de boro a uma faixa simultânea de alta pressão (cerca de 100.000 a 200.000 vezes a pressão do ar da Terra ao nível do mar) e altas temperaturas (de 1.300 a 2.600 graus Kelvin). , cerca de um terço da temperatura da superfície do Sol).

As melhores ligas de He superaram as ferramentas comerciais contendo diamante policristalino ou nitreto cúbico de boro policristalino em testes de corte de alta velocidade em aço endurecido e granito. As ligas também resultaram em maior vida útil da ferramenta em comparação com os outros dois materiais. É importante ressaltar que as ligas têm a combinação esperada de propriedades – quase tão duras quanto o diamante e quase tão inertes quanto o nitreto cúbico de boro.

Duas questões serão o foco de trabalhos futuros. Primeiro, que conhecimentos químicos podem ser obtidos a partir desta liga para projetar materiais ainda melhores? As medições da equipa sugerem que podem ter-se formado ligações entre o boro e o carbono, bem como entre o carbono e o azoto, muito provavelmente nas interfaces entre os grãos dos dois materiais. A quantidade e a natureza dos títulos não são claras.

Em segundo lugar, será que esta síntese de alta pressão e alta temperatura aumentará de forma consistente e barata? É necessária energia para aquecer e criar essa liga. A equipe está trabalhando para sintetizar ligas de tamanho centimétrico, em vez de milimétrico. O tempo dirá se eles competirão no banco tão bem quanto na oficina mecânica.