Боразо́н (от бор + азот) или эльбо́р (Ленинград + бор), а также кубони́т, цингсонги́т или кибори́т (химическая формула: BN) — товарные названия или торговые марки сверхтвёрдых абразивных материалов, полученных на основе кубической β-модификации нитрида бора (советская аббревиатура — КНБ, зарубежная — cBN). По твёрдости и другим свойствам близки к алмазу (10 по шкале Мооса).
...вслед за <синтетическим> алмазом было получено еще более твёрдое вещество ― боразон. Тут уж природе пришлось уступить: столь твердого вещества она создать не смогла. Возможно, что мы и найдём в недрах какое-либо подобие боразона.[1]
В 1957 году научный мир узнал об открытии американского химика Р. Уинторфа, который получил кристаллическое соединение бора и азота ― боразон. Эти кристаллы оставляли царапины на алмазах, а ведь алмаз всегда считался самым твердым веществом.[2]
Как и синтетический алмаз, боразон ― полупроводник, как и алмаз, он находит применение в полупроводниковых приборах, работающих при высоких температурах. В природе этот минерал неизвестен.[2]
...кристаллики боразона, почти не уступая алмазу в твёрдости, более чем вдвое превосходят его по термостойкости. Это делает их крайне привлекательным материалом для многих областей техники.[3]
Эльбор устойчив при нагревании на воздухе до 1400° C (это значительно выше, чем устойчивость алмаза, который при 700° C переходит в графит).[4]
— «Устойчивее алмаза» (заметка в рубрике «Технологи, внимание!»), 1968
Эльбор рекомендуется применять при чистовой и окончательной обработке инструментов из быстрорежущих высокованадиевых и кобальтовых сталей, дорогих инструментов из стали марки Р18, закаленных подшипниковых и других конструкционных сталей.[4]
— «Устойчивее алмаза» (заметка в рубрике «Технологи, внимание!»), 1968
Хотя твёрдость алмаза и боразона одинакова, последний имеет два очень значимых для техники преимущества. Во-первых, боразон более термостоек: он разлагается при температурах выше 2000°C, алмаз же загорается при 850° C. Во вторых, боразон лучше, чем алмаз, противостоит действию ударных нагрузок ― он не столь хрупок.[5]
К неорганическим полимерам относятся и нитриды некоторых металлов, в том числе и самое твёрдое из всех веществ ― боразон.[6]
— Ирина Луначарская, «Как связать азот», 1969
Что же из себя представляет новый сверхтвёрдый материал, который мы назвали «эльбор». Кстати, это название образовалось из аббревиатуры. «Л-бор». Л ― значит Ленинград. Произносится быстро, получается эльбор.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
В <нашем> институте как-то поставили интересный опыт. Изготовили две иглы: одну из искусственного алмаза, а другую из эльбора. Под усилием вонзили их в стальной образец и поставили все это в вакуумную камеру. Через несколько часов вынули обе иглы и осмотрели. Оказалось, что за это время алмаз чуть не на половину уменьшился ― углерод перешел из него в стальную пластинку. А игла из эльбора какой была, такой и осталась.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
...мы вместе с Институтом физики высоких давлений создали новую модификацию эльбора ― эльбор-Р ― поликристаллический спёк, который использовали для изготовления режущей кромки резцов и фрез.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Строители раньше пользовались свёрлами с победитовым наконечником, но когда такое сверло натыкалось в бетоне на арматуру, то оно тотчас же тупилось. А свёрла из эльбора режут и арматуру.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
В 1957 году научный мир узнал об открытии американского химика Р. Уинторфа, который получил кристаллическое соединение бора и азота ― боразон. Эти кристаллы оставляли царапины на алмазах, а ведь алмаз всегда считался самым твердым веществом. Сообщалось, что с точки зрения химии боразон представляет собой нитрид бора (BN). Химикам было известно вещество с такой формулой ― белый кристаллический порошок, по строению и структуре похожий на графит. Из него и был получен боразон. Под давлением в 60-70 тысяч атмосфер при температуре выше 1500° C кристаллическая решетка гексагонального нитрида бора перестраивается: атомы азота и бора сближаются, их взаимное расположение уподобляется расположению углеродных атомов в алмазе. Прочность связи между ними усиливается, и твёрдость кристаллов в громадной мере возрастает.[2]
Боразон получен и в Советском Союзе. Этот искусственный минерал может оказаться наилучшим материалом для абразивных инструментов и буровых коронок. Инструмент на его основе сможет работать на громадных скоростях ― разогрев ему не помеха: боразон выдерживает температуру почти 2000° C, тогда как алмаз на воздухе загорается уже при 850°C.[2]
Одинаково построены кристаллические решётки, оба вещества с успехом применяют в качестве твердой высокотемпературной смазки. После того как в условиях сверхвысоких давлений и высоких температур удалось перестроить кристаллическую решетку графита и получить искусственные алмазы, подобную операцию провели и с «белым графитом». Условия опыта, в котором это удалось сделать, были такими: температура 1350°C, давление 62000 атмосфер. Из автоклава вынули кристаллы, внешне совершенно непривлекательные. Но эти кристаллы царапали алмаз. Правда, и он не оставался в долгу и оставлял царапину на кристаллах нитрида бора. Это вещество назвали боразоном. Хотя твёрдость алмаза и боразона одинакова, последний имеет два очень значимых для техники преимущества. Во-первых, боразон более термостоек: он разлагается при температурах выше 2000°C, алмаз же загорается при 850° C. Во вторых, боразон лучше, чем алмаз, противостоит действию ударных нагрузок ― он не столь хрупок. Известное сходство с углеродом проявляет и сам бор, а не только его соединения с азотом. Это не должно удивлять.[5]
Атомы азота входят в состав многих природных и синтетических полимеров ― от белка до капрона. Кроме того, азот ― важнейший элемент безуглеродных, неорганических полимеров. Молекулы неорганического каучука ― полифосфонитрилхлорида ― это замкнутые циклы, составленные из чередующихся атомов азота и фосфора, в окружении ионов хлора. К неорганическим полимерам относятся и нитриды некоторых металлов, в том числе и самое твёрдое из всех веществ ― боразон.[6]
— Ирина Луначарская, «Как связать азот», 1969
Боразон в публицистике, мемуарах и дневниковой прозе
Стеклорез с искусственным алмазом дешевле и служит дольше, чем с натуральным. И, наконец, в-четвертых, ― дальше будут новые сверхтвёрдые материалы. Например, кубический нитрид бора, ― боразон. Его мне тоже показывали. Это продолговатые жёлтые и оранжевые кристаллики с менее чётко, чем у алмаза, выраженными гранями и вообще куда менее красивые, чем алмаз. Но кристаллики боразона, почти не уступая алмазу в твердости, более чем вдвое превосходят его по термостойкости. Это делает их крайне привлекательным материалом для многих областей техники.[3]
Оснащённые боразоном инструменты уже проходят производственные испытания… Ложатся под микроскоп запаянные стеклянные трубочки. В них квинтэссенция ― в почти изначальном, почти алхимическом смысле этого слова: материализованные, спрессованные в крупицы вещества минуты, недели, годы открытий и заблуждений, радости и горя, непрерывного творчества. От тёмного невзрачного порошка ― до прозрачных кристаллов безупречной формы, с таинственной игрой огней в золотистой глубине и фиолетовыми вспышками граней при малейшем дрожании столика. Не из «далекой Индии чудес», даже не из чуть менее далекой Якутии ― киевские, здешние, из соседнего корпуса.[3]
Ленинградский абразивный завод «Ильич» выпускает новый абразивный материал ― кубический нитрид бора (эльбор). Ассортимент инструментов из эльбора, выпускаемых заводом, аналогичен ассортименту алмазного инструмента. Эльбор устойчив при нагревании на воздухе до 1400° C (это значительно выше, чем устойчивость алмаза, который при 700° C переходит в графит). Шлифовальные свойства инструмента из эльбора выше, чем у существующих абразивных инструментов.[4]
— «Устойчивее алмаза» (заметка в рубрике «Технологи, внимание!»), 1968
При использовании эльбора удельный расход материала ниже, качество поверхности обрабатываемых изделий выше, режущие свойства инструмента не изменяются в процессе эксплуатации, стойкость его повышается в 50 раз. Эльбор рекомендуется применять при чистовой и окончательной обработке инструментов из быстрорежущих высокованадиевых и кобальтовых сталей, дорогих инструментов из стали марки Р18, закаленных подшипниковых и других конструкционных сталей.[4]
— «Устойчивее алмаза» (заметка в рубрике «Технологи, внимание!»), 1968
«Эльбор… основные характеристики близки, а некоторые даме превосходят алмазные…» «Композит… приближается к алмазу…» «Гексанит имеет твердость, близкую к алмазной…» Такими выражениями пестрят каталоги, проспекты и статьи о выставке «Алмаз-75». Хотя на самом деле свита короля драгоценных камней менее многочисленна. Первые три материала ― это поликристаллические структуры, или спёки, полученные на базе искусственных алмазов. А последние три на основе кубического нитрида бора. <...> Несомненной удачей советской науки и техники является создание эльбора и разработка методов его промышленного производства.[7]
— Александр Жданов, «Алмаз и его приближенные», 1975
Что же из себя представляет новый сверхтвердый материал, который мы назвали «эльбор». Кстати, это название образовалось из аббревиатуры. «Л-бор». Л ― значит Ленинград. Произносится быстро, получается эльбор. Твёрдость у него почти как у алмаза, а температуру он выдерживает вдвое большую. И в железо не внедряется, не растворяется в нём. В институте как-то поставили интересный опыт. Изготовили две иглы: одну из искусственного алмаза, а другую из эльбора. Под усилием вонзили их в стальной образец и поставили все это в вакуумную камеру. Через несколько часов вынули обе иглы и осмотрели. Оказалось, что за это время алмаз чуть не на половину уменьшился ― углерод перешел из него в стальную пластинку. А игла из эльбора какой была, такой и осталась.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Связку для алмазных кругов в основном делают на органической основе, без обжигания, потому что алмаз высокой температуры боится. Иначе говоря, боялись сжечь алмазы. А с эльбором оказалось проще. Мы создали керамическую связку, легированную литием, и коль скоро эльбор не боится температуры, стали ее спекать при 1100°. И на новой связке инструмент получился намного лучшего качества. Сегодня всё кажется простым. А по одной этой работе институт и завод получили 39 авторских свидетельств на изобретение. А чуть позже эльбор был запатентован во Франции, ФРГ, Бельгии, ЮАР, Англии, Греции, Чехословакии, Италии, ГДР, Венгрии, Болгарии.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Из эльбора можно изготавливать, в сущности, любой абразивный инструмент. Но начали мы промышленное внедрение со шлифовки подшипников на Четвёртом государственном подшипниковом заводе. Почему именно там? Да потому, что это производство автоматизированное и высокопроизводительное. Надежный инструмент для них всё ― и точность, и качество, и программа. За год только от применения эльбора они сэкономили 2 миллиона рублей. Если затачивать быстрорежущие резцы на кругах из эльбора, то опять-таки стойкость их повышается. А значит, расход дорогой вольфрамсодержащей стали снижается ― снова экономия.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
В современной радиотехнике и электронике без магнитов не обойтись, а они очень хрупкие, их только шлифовкой обрабатывать можно. Но при шлифовке магнит нагревается, и его магнитные свойства ухудшаются. А вот при шлифовке эльбором металл не подвергается сколько-нибудь значительному нагреву, потому что усилие резания эльбора ниже, чем у обычных абразивов, в 2,5 раза. И соответственно ниже температура в месте контакта.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
За последнее время мы внедрили в производство 3 тысячи различных инструментов из эльбора, что дало в масштабе страны экономический эффект порядка 100-150 миллионов рублей в год. Продолжая научный поиск, мы вместе с Институтом физики высоких давлений создали новую модификацию эльбора ― эльбор-Р ― поликристаллический спёк, который использовали для изготовления режущей кромки резцов и фрез.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Неожиданно эльбором заинтересовались горняки и строители. При бурении железистых кварцитов ― а таких месторождений железной руды в нашей стране очень много, хотя бы та же Курская магнитная аномалия, ― необходим очень твёрдый и относительно дешёвый инструмент. Ведь некоторые породы железистых кварцитов такие твердые, что ими можно стекло резать. По просьбе горняков мы сделали несколько образцов, они попробовали. И так эльбор им приглянулся, что теперь мы стали разрабатывать для них буровой инструмент.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Строители раньше пользовались свёрлами с победитовым наконечником, но когда такое сверло натыкалось в бетоне на арматуру, то оно тотчас же тупилось. А сверла из эльбора режут и арматуру. И за границу мы много нового инструмента продаем. Хлопот с эльбором хватало тогда нам всем ― и инженерам, и ученым, и рабочим. Но теперь, когда мы добились успеха, нам, конечно, радостно, что в достижениях отечественного машиностроения есть доля и нашего труда.[7]
— Юрий Ковальчук, «Удачливый соперник алмаза» (интервью Лазарю Лифшицу), 1975
Создав алмаз, человек одержал победу в соревновании с природой. Он даже превзошел ее: вслед за алмазом было получено еще более твердое вещество ― боразон. Тут уж природе пришлось уступить: столь твердого вещества она создать не смогла. Возможно, что мы и найдём в недрах какое-либо подобие боразона. Быть может, есть вещества и тверже его. Мы встали на путь, конец которого трудно предугадать. Давление и температура стали волшебным орудием, которое превращает одни вещества в другие ― все более твердые.[1]
-3D-balls.png)
