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《高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第14卷第4期高压物理学报Vol.9,No.11995年3月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSMar.,1995高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成X马贤锋阎学伟(中国科学院长春应用化学研究所,长春130022)摘要研究了非晶BN、二维有序BN和低有序度六方BN(G.I=6.1)在高温高压下的结晶行为及不同有序度的BN对立方BN合成的影响。研究结果表明,低有序度BN向高有序度六方相转化,但不同有序度的BN原料向立方BN转化的行为不同。少量B掺杂下的立方氮化硼的合成实验发现B的掺入阻碍立方BN的生成。低有序度BN不易向立方BN的主要原因
2、可以认为是它们存在较多的N空位,高温高压下随着BN的结晶化,B以杂质析出并阻碍了立方BN的合成关键词BN有序度高温高压结晶化中图法号O522.2CBNN空位1引言六方氮化硼(hBN)属层状化合物,具有与石墨类似的结构。理想晶体是由B和N原子相间组成的六角网状平面,沿C轴方向按cö2交替重复排列而成。它需在很高的温度(E>1900℃)下才能完全晶化,实现三维有序。在较低温度下制备的hBN的六角网面间只是形成了大致的平行堆积,网面间距偏大且随机性分布,各网面按c轴存在无序的非晶[1]态。Thomas等定义了石墨化指数G.I=Area[(100)+(101)]öArea(102)来
3、描述hBN的有序度,较低的G.I值对应了较高的三维有序度,随G.I值增加有序度降低,当其XRD(102)峰不出现,(100)和(101)不能分辨时G.I值无法计算,可以认为是沿c轴完全混乱的排列,只具有二维有序。非晶BN的XRD的典型特征为(002)峰展宽成包状。作为超硬材料立方氮化硼(cBN)的合成原料,不同有序度的BN与cBN合成的关系[2]一直引起关注,便是,迄今为止尚未形成一致的看法。邱淑蓁等发现以Mg为催化剂在6.0GPa、1700℃下只有较高有序度的hBN(G.I≤10)才能合成cBN,低有序度的样品(G.[3]I=42.9和80.3)没发现向cBN转化现象;市濑
4、多章等的研究表明在金属催化剂下,高有序度的hBN(G.I=1.68～3.80)具有较高的转化率,随G.I值的增加转化困难,当BN[4]只具有二维有序时不能合成cBN;另一方面,Gladskaya等发现混层排列(二维有序)的hBN在6.0GPa下比三维有序的hBN更易向cBN转化,对应了低得多的转化温度及高得[5]多的转化率;Sumiya等以非晶BN为原料在610GPa下实现了cBN的合成;WakatsukiX国家自然科学重点基金资助。1995年11月6日收到原稿,1991年2月26日收到修改稿98高压物理学报第10卷[6]等的研究表明,粒度细、结晶有序度较低的hBN在6.0G
5、Pa、1200℃下更易合成cBN。为弄清不同BN向cBN的转化行为,我们通过对不同G.I值的7种BN在Li基氮化物触媒4.6GPa、1600℃下的合成研究,发现具有较低G.I值(小于等于3)、粒度小的hBN有利于向cBN转化,G.I值为6.1的hBN转化率很低,二维有序的BN很难转化,非晶[7]BN不发生转化,但未对低有序度BN难于转化的原因进行深入探讨。本文研究了高G.I值hBN、二维有序BN和非晶BN在cBN合成条件下的结晶化行为。根据它们在较短的时间内完成向高有序度hBN转化的事实,提出了N空位的存在可能是影响它们向cBN转化的更基本原因。通过在高转化率hBN中添加少量
6、B后进行的cBN合成研究发现,在确定的合成条件下B的掺入明显地阻碍了cBN的生成,当B含量超过临界值时不发生转化。间接地证实了随有序度的降低,BN中易形成较高浓度的N空位,在高温高压结晶化过程中,B从BN中析出并阻碍了hBN向cBN转化的设想。2实验方法2.1高压实验在6×8MN六面顶装置上进行,压力和温度的测量及组装方法详见文献[7]。2.2用XRD观测BN的有序度,G.I值由XRD结果计算,cBN的转化率由预先标定的[7]曲线通过XRD分析测定。3结果与讨论3.1BN在高温高压下的结晶化将混层排列的BN经4.6GPa、1600℃、5min处理,通过XRD分析发现产物为高有
7、序的hBN。对比处理前(图1)和处理后(图2)的XRD图谱,可见高温高压下BN的结晶化是明显的:处理前样品的(002)峰较宽,(102)峰不出现,无法计算其G.I值,为二维有序的BN;处理后的样品的谱线尖锐,经计算其G.I值为1.70,是较高三维有序的hBN。图1混层排列的BN的XRD图谱图2混层排列BN经4.6GPa、1600℃、Fig.1XRDpatternofturbostraticBN5min处理后的XRD图谱Fig.2XRDpatternofturbostraticBNtreatedat4.6
