以金刚石为代表的碳基超硬材料的最主要的缺点是热稳定性和化学稳定性差, 这极大地限制了它们的应用。硼基的二元或三元体系能弥补碳基超硬材料的这一缺点。
1、立方氮化硼
立方氮化硼是一种低密度、超硬、宽带隙、高热导率、高电阻率、高热稳定性和化学稳定性的化合物材料。它具有与金刚石相同的晶体结构, 物理性能也与金刚石十分相似。与金刚石相比, 其的显著优点是良好的热稳定性和化学稳定性, 可用于超硬刀具涂层, 特别适用于作为加工铁基合金的刀具涂层。而且可被掺杂成n型和p型半导体, 而金刚石的型掺杂十分困难。由于具有这些独特的综合性能, 从而使得其在机械加工、电子学和光学等诸多领域内蕴藏着难以预料的发展前景。
2、碳化硼
在已知物质中, 具有菱形结构B4C的硬度仅次于金刚石和c-BN, 尤其是它的高温硬度十分突出, 同时B4C还具有高弹性模量、低密度、耐酸碱和较高的中子吸收能力的特点, 有希望在某些领域代替价格昂贵的金刚石。工业上一般利用硼酸或脱水氧化硼与碳在电炉中进行高温还原反应来制备B4C粉末, 除此之外, 还可以用金属热还原法来生产。
尽管其硬度在已知物质中位居第三, 但以下几方面的缺点, 影响了它的可靠性, 并严重制约了其在工业上的广泛应用。包括较低的断裂韧性、过高的烧结温度、抗氧化能力差、对金属的稳定性较差。
近来的研究表明, 利用与其他材料的复合, 可使其力学性能得到改善。
3、氮碳化硼
除了金刚石和C-N、B-C、和B-N二元系以外, 含B-C-N的三元系化合物也被认为是潜在的超硬材料。早在年就有人以量子化学为基础, 根据电子结构的相似性,预测了三元化合物超硬材料出现的可能性。其后人们就开始试图合成类金刚石结构的BCN。
类金刚石结构的c-BCN材料正在引起国际材料界的重视。由于它具有金刚石和立方氮化硼这两种超硬材料的优点, 因而它必将成为一种理想的新型超硬材料。