Bahan super keras

Bahan super keras merupakan bahan dengan nilai kekerasan melebihi 40 gigapascal (GPa) ketika diukur dengan uji kekerasan Vickers. Mereka adalah padatan yang hampir tidak dapat dimampatkan dengan kerapatan elektron tinggi dan kovalensi ikatan tinggi. Karena sifatnya yang unik, bahan-bahan ini sangat diminati di banyak bidang industri termasuk, namun tidak terbatas pada, bahan abrasif, alat pemoles dan pemotong, rem cakram, dan lapisan pelindung dan tahan aus.

Berlian adalah bahan yang paling sulit diketahui hingga saat ini, dengan kekerasan Vickers di kisaran 70–150 GPa. Berlian menunjukkan konduktivitas termal yang tinggi dan sifat isolasi listrik, dan banyak perhatian telah diberikan untuk menemukan aplikasi praktis dari bahan ini. Namun, berlian memiliki beberapa keterbatasan untuk aplikasi industri massal, termasuk biaya tinggi dan oksidasi pada suhu di atas 800 °C. Selain itu, berlian larut dalam besi dan membentuk karbida besi pada suhu tinggi dan oleh karena itu tidak efisien dalam memotong bahan besi termasuk baja. Oleh karena itu, penelitian terbaru bahan superhard telah berfokus pada senyawa yang secara termal dan kimia lebih stabil daripada berlian murni.

Pencarian material superhard baru umumnya menempuh dua jalur. Pada pendekatan pertama, para peneliti meniru ikatan karbon kovalen arah pendek dari berlian dengan menggabungkan unsur-unsur ringan seperti boron, karbon, nitrogen, dan oksigen. Pendekatan ini menjadi populer di akhir 1980-an dengan eksplorasi C₄N₄ dan senyawa B-C-N terner. Pendekatan kedua untuk merancang bahan superkeras menggabungkan unsur-unsur yang lebih ringan (B,C,N,dan O), tetapi juga memperkenalkan logam transisi dengan kerapatan elektron valensi tinggi untuk memberikan inkompresibilitas tinggi. Dengan cara ini, logam dengan modulus curah tinggi tetapi kekerasan rendah dikoordinasikan dengan atom pembentuk kovalen kecil untuk menghasilkan bahan superkeras. Tungsten carbide adalah manifestasi industri yang relevan dari pendekatan ini, meskipun tidak dianggap superhard. Atau, borida yang dikombinasikan dengan logam transisi telah menjadi bidang penelitian superkeras yang kaya dan telah menghasilkan penemuan seperti ReB₂, OsB₂, dan WB₄.

Bahan superhard secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua kategori: senyawa intrinsik dan senyawa ekstrinsik. Kelompok intrinsik termasuk berlian, boron nitrida kubik (c-BN), karbon nitrida, dan senyawa terner seperti BNC, yang memiliki kekerasan bawaan. Sebaliknya, bahan ekstrinsik adalah mereka yang memiliki superhardness dan sifat mekanik lainnya yang ditentukan oleh mikrostruktur daripada komposisi. Contoh bahan superhard ekstrinsik adalah berlian nanokristalin yang dikenal sebagai agregat berlian nanorod.

Kekerasan Vickers dari material keras dan superhard

Bahan	Kekerasan Vickers (GPa)	Modulus Massal (GPa)
Berlian	115	440
c-BC2N	76	282
c-BC5	71
γ-Boron	58	227
c-BN	48, 62	400
OsB2	37	395
B4C	35, 38
WB4	~30
AlMgB14	26.7
ReB2	~20

Referensi

1. Wentorf, R. H.; Devries, R. C.; Bundy, F. P. (1980). "Sintered Superhard Materials". Science. 208 (4446): 873–80. doi:10.1126/science.208.4446.873. PMID 17772811.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. Fischer-Cripps, Anthony C. (2004) Nanoindentation. Springer. ISBN 0-387-22045-3. p. 198
3. Veprek, S.; Zeer, A. and Riedel, R. (2000) in Handbook of Ceramic Hard Materials, R. Riedel (ed.). Wiley, Weinheim. ISBN 3-527-29972-6
4. Dubrovinskaia, N.; Dubrovinsky, L.; Solozhenko, V. L. (2007). "Comment on "Synthesis of Ultra-Incompressible Superhard Rhenium Diboride at Ambient Pressure"". Science. 318 (5856): 1550c. Bibcode:2007Sci...318.1550D. doi:10.1126/science.1147650 . PMID 18063772. 
5. John, P; Polwart, N.; Troupe, C.E.; Wilson, J.I.B. (2002). "The oxidation of (100) textured diamond". Diamond and Related Materials. 11 (3–6): 861. Bibcode:2002DRM....11..861J. doi:10.1016/S0925-9635(01)00673-2. 
6. Nassau, K; Nassau, J. (1979). "The history and present status of synthetic diamond". Journal of Crystal Growth. 46 (2): 157. Bibcode:1979JCrGr..46..157N. doi:10.1016/0022-0248(79)90052-6. 
7. Tolbert, Sarah H.; Gilman, John J.; Kaner, Richard B. (2005-05-27). "Designing Superhard Materials". Science (dalam bahasa Inggris). 308 (5726): 1268–1269. doi:10.1126/science.1109830. ISSN 0036-8075. PMID 15919983.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
8. Vepřek, Stan (1999). "The search for novel, superhard materials" (PDF). Journal of Vacuum Science and Technology A. 17 (5): 2401–2420. Bibcode:1999JVSTA..17.2401V. doi:10.1116/1.581977. 
9. Levine, Jonathan B.; Tolbert, Sarah H.; Kaner, Richard B. (2009). "Advancements in the Search for Superhard Ultra-Incompressible Metal Borides". Advanced Functional Materials. 19 (22): 3519. doi:10.1002/adfm.200901257. 
10. Haines, J; Leger, JM; Bocquillon, G (2001). "Synthesis and design of superhard materials". Annual Review of Materials Research. 31: 1–23. Bibcode:2001AnRMS..31....1H. doi:10.1146/annurev.matsci.31.1.1. 
11. Solozhenko, V. L.; Kurakevych, Oleksandr O.; Andrault, Denis; Le Godec, Yann; Mezouar, Mohamed (2009). "Ultimate Metastable Solubility of Boron in Diamond: Synthesis of Superhard Diamondlike BC₅" (PDF). Phys. Rev. Lett. 102 (1): 015506. Bibcode:2009PhRvL.102a5506S. doi:10.1103/PhysRevLett.102.015506. PMID 19257210. 
12. Xie, Zhilin (2017). "Aluminum magnesium boride: synthesis, sintering, and microstructure". Advances in Applied Ceramics. 116 (6): 341–347. doi:10.1080/17436753.2017.1317116.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)