“钻石恒久远，一颗永流传”，这是流行于中央电视台的有关钻戒的广告词，那么钻石为何会“恒久远”？又为何“永流传”呢？钻石“恒久远”说明它耐磨永不变形；钻石“永流传”则说明它稳定，不受外界酸、碱、温度等因素变化而发生质变。由于钻石是迄今为止自然界中发现的硬度最大（10）的天然矿物质，我们日常生活中遇到的任何坚硬物质（如金属、刚玉、翡翠、玛瑙、玉石、玻璃等）都能够被其划伤或钻穿因此得名“钻石”，钻石具有金刚不坏之身，又名“金刚石”，其化学结构为正四面体碳原子构成的高分子全碳化合物。
钻石（金刚石）及其原子结构模型当一个材料的硬度可与金刚石相比拟时，称其为超硬材料，它主要用来制作切割刀具与雕刻工具等。在切割刀具或雕刻工具中，超硬材料在刀具外沿或雕刻工具的尖端。科学家们已经开发出许多超硬材料，如足球烯、碳化硅、碳化硼、富硼氧化物等。但是工业化的超硬材料主要是立方氮化硼与人造金刚石。因此，这里主要介绍人造金刚石与立方氮化硼。
7.3.1人造金刚石金刚石不仅具有硬度高、耐磨、热稳定性能好等特性，而且以其优秀的抗压强度、散热速率、传声速率、电流阻抗、防蚀能力、透光、低热胀率等物理性能，成为工业应用领域不可替代的雕刻与刀具材料，是现代工业和科学技术的瑰宝。天然金刚石是在火山爆发过程形成的巨大压力与特殊条件下，由碳原子按照全正四面体结构构成，因而它具有各向异性的特点，在太阳光或灯光照射下，因为有规律的散射，使人们感到，金刚石会发出光芒四射的彩色光线，因而被称为“宝石”或“钻石”，用于钻戒制造。然而，天然金刚石难于在自然界找到，于是人们开始研究人工合成金刚石。
天然金刚石及其应用经热力学计算，科学家得出结论，自然界中常见的石墨（碳原子的一种同素异形体）在超高压条件下，可以形成金刚石。根据这一结论，工程技术人员首先研发出一种特殊增压设备，然后按照一定工艺经过全自动控制将石墨转变为金刚石，黄河集团已经规模化生产“旋风”牌人造金刚石，目前黄河“旋风”金刚石已经成为我国行业巨头。
人造金刚石压机及金刚石生产线人造金刚石颗粒较小，难于用作钻戒制造，但是可用作加工业最硬的磨料、电子工业最有效的散热材料、半导体最好的晶片、通信元器件最高频的滤波器、音响最传真的振动膜以及机件最稳定的抗蚀层等。目前人造金刚石已经被广泛应用于冶金、石油钻探、建筑工程、机械加工、仪器仪表、电子工业、航空航天以及现代尖端科学领域。
7.3.2立方氮化硼
立方氮化硼是人工合成的一种超硬材料，目前，在自然界还没有找到这种物质的存在。氮化硼硬度（9～9.5）比金刚石稍差，除具有金刚石的很多优异特性外，还具有比铁族金属及其合金更好的化学惰性以及比金刚石更高的热稳定性。因此氮化硼作为工程材料，已经广泛应用于黑色金属及其合金材料加工工业。同时，它又以其优异的热学、电学、光学和声学等性能，在一系列高科技领域得到应用，成为一种具有发展前景的功能材料。
氮化硼具有金刚石类似结构，晶体结构主要为立方晶系，因此也叫立方氮化硼，表观形态主要有立方氮化硼聚晶与立方氮化硼微粉两种。前者主要用于切削刀具的制造，后者则用于精密机械部件的研磨、磨削、抛光以及超精加工。尽管立方氮化硼结构形态各异，但它们原子结构相同。
立方氮化硼聚晶及其应用立方氮化硼微粉及立方氮化硼原子结构目前，合成氮化硼主要采用静高压触媒法，除此之外，还有静高压直接转化法、动态冲击法与气相沉积法等，不同方法合成的氮化硼形态有一定差异。其中，立方氮化硼微粉适用于金属、树脂、陶瓷等结合剂体系，亦可用作松散磨粒、研磨膏，还可用于生产聚晶复合片烧结体，通过氮化硼研磨与抛光，可以使机械部件达到高精度加工表面。黑色立方氮化硼聚晶不仅具有高硬度、高韧性与高耐磨性，还具有化学惰性特点，因此除用作道具外，还可用人造金刚石砂轮片修磨开刃，而且在高温下可长时间稳定切削，特别适合加工各种工具钢、淬火钢、冷硬铸铁等难加工金属材料。值得注意的是，氮化硼刀具保形性好、切削锋利、磨损量小、适合自动加工，适用于从粗加工到精加工的所有切削加工，因此其在数控加工行业应用广泛。
众所周知，现代液晶显示不仅要求高性能、低功耗、体积小、可移植性好，而且要求在各种光照环境下还能正常工作。这仅仅靠本书介绍的内容是远远不够的，还需要学习专门的液晶科学知识。同样，我们生活中用到的很多荧光材料，也需要学习更多的专业知识才能运用自如。本书中仅仅介绍了金钢石和立方氮化硼这两种常用的超硬材料，但是还有许多超硬材料正在研发中，如碳化硼等。
隐身材料真的看不见？
“隐身”，顾名思义，就是藏起来不被发现，小时捉迷藏游戏，就是最为直观的利用隐身技术使自己不被捉者发现。然而这里所说的“隐身”并非真的要将某一个目标藏起来，而是利用一种设计、材料、制作等一种高级综合技术，减少或消除目标物体的超声、雷达、红外、光电等观测特征。显然，隐身材料是隐身技术的重要组成部，它的使用可以降低目标物体被探测到的几率，提高自身的生存效率。从这个意义上讲，隐身材料就是指那些经过适当使用可以减少甚至消除目标物体的超声、雷达、红外、光电等观测特征的材料。海湾战争中美国正是使用隐身材料装饰的隐身飞完成了1600次空袭任务。显然，隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在目标装备外形不能改变的前提下，它是实现隐身技术的物质基础。
隐身战机隐身技术研究起源于1960年代，众所周知，中华人民共和国成立不久，美帝国主义经常派间谍飞机入侵我国领空，中国人民解放军防空部队，在设备及其简陋的条件下，利用移动和推迟开启雷达波技术，使用当时已经落后的苏式地对空导弹历史性地将美国U-2间谍机击落。从此，美国再也没敢无视中国领空。但是，这也大大刺激了美国人研究隐身战斗攻击机与新一代隐身间谍飞机。当时采用的隐身技术主要依靠本身机载电子干扰与对抗设备，还采用投掷金属干扰箔或黑色涂料等手段保护自己。随着材料发展，出现了分别以雷达吸波、红外、纳米复合、激光等隐身材料为基础的雷达吸收、红外控制、纳米复合等隐身技术。
一、雷达吸波材料
凡是能够吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的材料都称为雷达吸波材料。主要包括结构型吸波材料与吸波涂料。（1）结构型吸波材料是一种多功能复合材料，具备质轻、高强优点，用它作承载构件能吸收或透过电磁波，从而达到隐身效果，这是隐身材料重要的发展方向。例如，热塑性新型聚醚醚酮K（PEE）、聚醚砜（PES）、聚苯硫醚（PPS）以及热固性环氧树脂、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、双马来酰亚胺和异氰酸酯等都具有比较好的介电性能，由它们与聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维、聚酰胺纤维、陶瓷纤维、石英纤维以及玻璃纤维等制成的复合材料具有较好的雷达传输和透射性。近年来，通过表面处理，碳纤维用于雷达吸波复合结构，大大提高了隐身材料构件的机械强度，使得隐身战机不断推陈出新，例如，美国已经运用军事的B-2隐身轰炸机。（2）吸波涂料主要包括磁损性与电损性两类。前者由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物树脂中组成。它主要在低频段吸收性很好。例如，1mm厚磁损性涂料，可在2～10GHz内衰减10～12dB，耐热达500℃，但涂料用量较大（通常使用8～16kg·m-2），目前，已经有更为优质的磁损性涂料问世。例如，美国Emerson公司研发成功一种叫“EccosorbCoating268E”磁损性涂料，1.27mm厚度时，仅有4.9kg·m-2重量，可在1～16GHz内衰减性10dB。相比之下，电损性涂料重量较轻（≤4kgkg·m-2），高频吸收好，通常以各种形式的碳化硅粉、碳粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。缺点是难以做到薄层宽频吸收，因此，一般不单独使用。
值得注意的是，1990年代，美国科学家发现，一些视黄基席夫碱盐聚合物的线型多烯主链上的C=N双键结构可使雷达反射降低80%，用量仅为同样效果铁氧体重量的1/10，这种涂层已用于B-2隐身飞机。
二、红外隐身材料
与雷达吸波材料相比，聚苯胺、聚吡咯等导电高聚物，不仅质量轻、材料组成可控、导电率变化范围大、信号衰减明显（据报道，聚吡咯在1.0～2.0GHz范围电磁波衰减达26dB），而且制造施工方便、坚固耐用，还不受目标物体几何形状限制，为此，它一直受到世界各国的青睐，发展迅速。近十年来，美国、澳大利亚等军事发达国家又将新型颜料和粘接剂相结合，开发了第二代红外热隐身材料，可兼容红外、毫米波和可见光。这种复合型红外隐身材料又分为涂料、多层和夹芯型隐身材料。涂料型隐身材料由影响隐身性能的填料和粘合剂两部分组成，主要针对热隐身；多层隐身材料一般由红外吸收面层和微波吸收底层构成，面层含低发射功率颜料，底层由炭化硼、导电石墨等雷达吸收剂（75%～85%）、橡胶类粘合剂（7%～18%）和Sb2O3阻燃剂（6%～8%）组成；夹芯隐身材料一般由透波材料做上下面板，电磁损耗材料和红外隐身材料做芯层。目前，这三种类型复合型红外隐身材料在我国均已经研制成功。例如，我国研制出一种涂料型隐身材料，当涂层厚度在10～15μm时，其8～20μm波长范围内的红外发射率小于0.4，隐身效果十分明显。
三、纳米复合隐身材料
纳米材料的量子尺寸效应和表面效应等方面对材料各种性能都有重要影响。对于金属粉体（如Fe、Ni等）来说，其颗粒尺寸减小到纳米级别后，其吸波性能明显增加。利用这种效应，科学家们制得了电损耗型与磁损耗型纳米复合隐身材料。前者包括金属短纤维、碳化硅纤维、碳化硅粉末、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等；后者包括羟基铁粉、铁氧体粉、超细金属粉或其他纳米相材料等。两种纳米复合隐身材料都具有复合材料与纳米材料双重优点，因而具有对电磁波的吸收特性，已经成为目前各国家研究的热点之一。目前，纳米复合隐身材料研究主要集中在制备新技术方面：（a）原位复合技术，即在材料合成过程中，在基体材料中产生弥散相且与基体有良好相容性、无重复污染；（b）自蔓延复合技术：自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物；（c）梯度复合技术：组分、结构及性能渐变；（d）分子自组装技术，即将携带电荷基体通过交替静电引力形成层状高密度、纳米级均匀分散的材料；（e）超分子复合技术，依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构材料。
四、其他隐身技术
除了上述隐身材料实现隐身技术之外，还有电路模拟隐身、手性隐身与红外隐身服。电路模拟隐身技术是在特殊基底材料上按照一定形状（十字形或网络薄窄条）涂敷导电高分子材料形成电阻网络来实现阻抗匹配及电磁损耗，从而高效吸收电磁波；若在上述基底材料掺杂特定手性结构物质，则能更好地吸收电磁波，减少入射电磁波反射造成隐身（手性隐身）；红外隐身服采用多孔尼龙网做基布，通过表面镀银、粘贴具有不同红外发射频率的布条，隐蔽人体红外特性。
隐身技术并非让人或物从人世间蒸发，而是利用光、电、磁原理，使被隐身的物体不被光学、红外侦察器探测，或与环境完全融合而难以分辨。但是在此必须一提的是，隐身材料兼容性较差，即对某种探测手段的隐身性能好时，往往对另一种探测手段的隐身性能就差。例如，对激光探测隐身性能好，一般对红外探测就不能隐身。因此开发研制兼容型隐身材料（如雷达波、红外、激光等多种兼容隐身材料）是未来隐身材料发展方向。
