有可能超过金刚石硬度的氮化碳
20世纪80年代末,美国科学家I’IU和Co-henE4’设计了类似p-Si3N4的新型化合物p-C3N4,采用固体物理和量子化学理论,计算了它的体模量、能带和品格常数,发现氮化碳的体模量达到金刚石的数值范围.由于物质的硬度与体模量成正比,这样序C3N4的硬度有可能达到金刚石的硬度,这引起世界各国科学家的关注.1994年,I’IU公布了他的研究新成果E53,他采用了可变品格模型分子动力学（VCS—MD）从头计算法,扩展了低能量C3N4固体的理论研究,指出C3N4可能具有3种结构：六角品系的p相、立方品系的闪锌矿结构和三角品系的类石墨结构.1996年,美国的Jeter和Hemley仍然采用第一性原理从头计算法,但改变了计算过程.使用初始条件时,采用共扼梯度法使电子自由度达到最小；使用边界条件时采用周期函数,将电子的波函数以平面波展开；使用了扩展标准守恒和强度守恒（ENHC）阳势.得到了5种结构的C3N4,它们分别是n相、p相、立方相缺陷闪锌矿结构、立方相硅锌矿E结构和类石墨相.除类石墨相以外,其它4种都是超硬材料.其中立方相硅锌矿E结构c—C3N4的体模量超过了金刚石.因此,氮化碳有可能具有达到或超过金刚石的硬度.
合成氮化碳的成功,是分子工程学十分杰出的范例.作为超硬材料的氮化碳,预期还有其它许多宝贵的物理化学性质,研究氯化碳成为世界材料科学领域的热门课题.合成氮化碳的主要方法有直流和射频反应溅射法、激光蒸发和离子束辅助沉积法、ECR—CVD法、双离子束沉积法等.日本冈山大学采用电子束蒸发离子束辅助沉积法获得的氮化碳薄膜,达到目前氮化碳的最高显微硬度：63.8GPa.我国清华大学也获得60.8GPa的高硬度氮化碳.武汉大学合成的氮化碳硬度达到50.OGPa,并沉积到高速钢麻花钻上,获得非常好的钻孔性能.制备氮化碳超硬涂层的关键技术是避免石墨相的析出.
