以金剛石和立方氮化硼為代表的超硬材料及制品已廣泛應(yīng)用于航天軍工、電子機(jī)械、精密制造、高速鐵路、地質(zhì)勘探、礦物采掘等關(guān)系國計民生的各個領(lǐng)域，被譽(yù)為“戰(zhàn)略物資”。在《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》以及《新材料產(chǎn)業(yè)十二五重點產(chǎn)品目錄》中均提出要發(fā)展高品級金剛石、高品級立方氮化硼和高效精密超硬材料制品，充分表明超硬材料的巨大經(jīng)濟(jì)效益，及其在國家經(jīng)濟(jì)、國防發(fā)展過程中不可替代的戰(zhàn)略地位。

       還存在比單晶金剛石硬度高的物質(zhì)嗎？2003年日本人Irifune、Sumiya等報道，多晶石墨在12～25GPa、1600～2200℃的高壓、高溫條件下可發(fā)生相變直接轉(zhuǎn)化成納米聚晶金剛石。該納米聚晶金剛石的微觀結(jié)構(gòu)由雜亂分布的多晶金剛石區(qū)域和層帶狀金剛石區(qū)域構(gòu)成，這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)使納米聚晶金剛石塊體具有高達(dá)120～140GPa的努普硬度，高于單晶金剛石的（100）面和（001）面的硬度（約 115 GPa）。此后一年他們研究了這種納米聚晶金剛石的合成條件、硬度測定方法、微觀結(jié)構(gòu)以及石墨-金剛石的轉(zhuǎn)化機(jī)制。

       2005年德國的Dubrovinskaia等人采用C60合成納米聚晶金剛石。2007～2013年間Irifune的研究小組進(jìn)行了大量的關(guān)于納米聚晶金剛石的研究工作：通過比較由不同碳源（多晶石墨、無定形碳、玻璃碳、C60）合成所得的納米聚晶金剛石塊體的努普硬度以及壓痕處的微觀結(jié)構(gòu)，得出納米聚晶金剛石中層帶狀結(jié)構(gòu)的金剛石層有利提高塊體硬度的結(jié)論；研究了在15GPa、1500～1900℃的條件下不同碳源（準(zhǔn)非晶煙塵、炭黑、熱處理炭黑、多晶石墨和高定向熱解石墨）中納米金剛石成核的情況；在更低的壓力范圍成功制備出納米聚晶金剛石；研究了初始石墨結(jié)構(gòu)對納米聚晶金剛石微觀結(jié)構(gòu)的影響；采用高定向石墨合成整體為層狀結(jié)構(gòu)的納米聚晶金剛石塊體。 

       含有層帶狀微觀結(jié)構(gòu)的納米聚晶金剛石的硬度高于單晶金剛石的現(xiàn)象，為硬度的理論解釋提出了新的問題。迄今為止關(guān)于物質(zhì)的硬度已有多種理論解釋，其中一些理論計算的硬度值同實驗測量值之間已經(jīng)能吻合的較好。比如有理論認(rèn)為物質(zhì)的硬度取決于晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)合鍵的鍵長、鍵密度、鍵的離子性、金屬度、軌道形式等，該理論通過第一性原理計算獲得的物質(zhì)硬度值與實驗值也較為一致。但是迄今為止關(guān)于硬度的解釋都是針對單晶而言。而對于由多晶粒組成的物體，關(guān)于晶粒尺寸、界面形貌及分布、界面微觀結(jié)構(gòu)及晶粒間結(jié)合方式等因素對物質(zhì)硬度的影響卻了解極少，更沒有系統(tǒng)的理論。致使更高硬度的材料合成具有相當(dāng)大的盲目性。非常需要開展系統(tǒng)深入的研究。

       基于這一啟發(fā)，我們對傳統(tǒng)的金剛石合成工藝進(jìn)行改進(jìn)，并獲得了一種新型的金剛石材料，并對新合成的金剛石進(jìn)行了比較系統(tǒng)的測試。

       新合成材料的粒度測試如表1-1所示：

       由表1-1的數(shù)據(jù)可以看出，新合成材料的粒度主要集中在25/30，所以隨機(jī)抽取了98粒進(jìn)行靜壓實驗，實驗數(shù)據(jù)如表1-2：

       為了對比某企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝合成的金剛石，我們隨機(jī)選取某企業(yè)未篩分的金剛石產(chǎn)品，粒度同樣為25/30的金剛石產(chǎn)品進(jìn)行了靜壓實驗，結(jié)果如表1-3：

        由表1-2可以看出對經(jīng)過選型的金剛石隨機(jī)進(jìn)行靜壓實驗，得出的數(shù)據(jù)跨度比較大，從143.5-928.4N，其平均數(shù)據(jù)為365.4N。由表1-3可以得出某企業(yè)的現(xiàn)有金剛石硬度的平均數(shù)據(jù)為145.6N，對比這兩組數(shù)據(jù)可以看出我們新合成的材料硬度值已遠(yuǎn)超現(xiàn)有金剛石，如果合成的料再經(jīng)過篩分和選型，加工工藝進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，這一數(shù)據(jù)會有更大的提高。

       為了更直觀的看到新合成材料的表面形貌，我們對生產(chǎn)的樣品做了SEM分析，如圖1-1：

       從得到的SEM圖可以看出材料表面在未經(jīng)過人工處理的情況下，其表面呈現(xiàn)層狀紋路，與現(xiàn)有的金剛石不同，為了進(jìn)一步分析新合成的材料，我們又對樣品做了XRD和拉曼測試。

       對新合成材料的樣品做了XRD測試，其數(shù)據(jù)如圖1-2所示：

       從圖中可以看出，金剛石在（400）晶格方向衍射峰很強(qiáng)，呈片狀生長。

       對新合成材料的樣品做了拉曼測試，如圖1-3所示：

       從圖1-3可以看出，新合成材料的樣品在1332.25cm-1出現(xiàn)金剛石特征峰，在圖中并沒有看到有別的峰出現(xiàn)，說明生成的結(jié)晶很好。

       基于以上分析和測試結(jié)果，我們合成的這種新型金剛石材料，與現(xiàn)有的金剛石形態(tài)不同，它具有更高的強(qiáng)度。經(jīng)過我們的實驗和分析，我們只是初步了解了這種新合成材料的理論性和可行性，但是還有一些基礎(chǔ)性的知識，比如新材料成核后壓力、溫度和時間條件對晶粒生長的影響，晶粒尺寸對材料力學(xué)性能的影響等缺乏系統(tǒng)的研究。這些基本問題的解決將更好地指導(dǎo)我們在適宜的條件下獲得更高硬度、高性能的新材料。