Что такое твердость (материала)

Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого твердого тела, а также свойство более твердого тела проникать в другие материалы. Твердость определяется как величина нагрузки необходимой для начала разрушения минерала.

Самым твёрдым из распространённых веществ является алмаз. Однако в очень небольших количествах сегодня умеют получать фулерит, которые на 17-52% тверже алмаза. Фулерит представляет собой молекулярный кристалл, в узлах решётки которого находятся молекулы фуллерена, связанные вар-дер-ваальсовыми силами. При нормальных условиях (T = 300 К) молекулы фуллерена образуют гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку.

В 2005 году в Байрейтском университете (Германия) синтезировали другой материал, превосходящий по твердости алмаз. Он состоит из сверхтонких алмазных стержней, средняя длина которых — 1 микрон — в 200 раз больше среднего диаметра. Размеры стержней колеблются, и при этом они "перемешаны" случайным образом. Материал, названный ADNR ("aggregated diamond nanorods") на 10% тверже алмаза. Для его получения на фуллереновый порошок воздействовали давлением в 200 тысяч атмосфер при температуре 2500 К. Пока производство ADNR намного дороже добычи или синтеза обычных алмазов.

В 2007 году в Калифорнийском университете в Лос-Анжелесе был выявлен самый твердый после алмаза материал — диборид рения (он был известен ранее, но его твердость не привлекала внимания). Атомы бора (элемента, который стремится к образованию коротких ковалентных связей) внедряются между атомами рения (у которого очень много электронов), минимально изменяя кристаллическую структуру металла. Твердость различна по разным направлениям и в 1,5-2 раза уступает алмазу, но превосходит показатели нитрида бора, который до того занимал второе место по твердости. Важное преимущество диборида рения состоит в том, что производство этого сверхтвердого материала не требует высокого давления и оказывается весьма недорогим.