说个屡屡被大众误解的材料学常识:金刚石一点也不坚固。 一般人印象中都以为金刚石坚不可摧,拿来做成护甲肯定无敌了。但实际上,金刚石只是硬度和弹性模量大,很难被磨损和弯曲。但是金刚石的韧性很差,大约是玻璃的两倍,普通钢材的二十分之一,特别容易碎。 整体上,金刚石和陶瓷类似,硬而脆。
评论区有不少同学不太清楚几个材料的基本性能,我就借此科普一下吧: 1、强度: 指材料在拉断、压断、剪断或者产生塑性变形需要的应力(力/截面积),对应着抗拉强度、抗压强度、剪切强度、屈服强度。 金刚石的抗拉强度大约在2~3GPa,高强钢材差不多也能做到这个强度。能大块制备的材料中,单晶硅的强度较高,可以达到7GPa。 2、塑性:指材料产生不可逆变形的能力(可逆变形被称为弹性变形),一般以断裂时的延伸率、断口收缩率为量化标准。 金刚石的塑性很差,断裂延伸率几乎为0,这也是它脆弱的主要原因。 塑性好的材料很多都是高分子材料,例如常见的塑料袋,断裂延伸率可以达到500%以上。 3、硬度:指材料抵抗局部塑性变形(如表面划痕、压痕)的能力。测试定义方法较多,学术界常见的是压痕法测试,即测量指定载荷下压入压痕的大小和深度。 一般认为金刚石是自然界中硬度最高的材料,硬度可达160GPa以上。作为比较,淬火后的钢材一般在10GPa以下。 4、韧性:指材料抵抗断裂的能力,定义为使得单位体积材料断裂所需能量。可以不严格的理解为强度*塑性 金刚石的断裂韧性并不高,大约 ,玻璃大约是 ,而钢材可以做到 以上。 |