立方氮化硼的合成.ppt

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1、立方氮化硼的合成李启泉内容立方氮化硼合成所需的设备立方氮化硼合成所需的原材料以及对单晶合成的影响合成的工艺流程以及后处理工艺重点讲解：原材料以及对单晶合成的影响立方氮化硼合成所需的设备我们知道，人造金刚石合成需要六面顶超高压设备，同样，立方氮化硼的合成也需要这种超高压设备主机高压腔示意图液压系统主机操作台电控系统该设备包括主机、电控系统、液压系统、加热系统和操作台五个部分。能够提供合成立方氮化硼所需要的温度和压力，以及我们要维持温度和压力所要的时间。除该设备以外，还需要原材料处理设备，如真空净化设备，以保障原材料的去湿、脱氧和去除其他低熔点杂

2、质。处理的目的是充分保证材料的化学反应活性。混料设备，混料设备的作用是将六方氮化硼和其他原料充分混合均匀。压料设备，压料设备的目的是将粉体形状的原材料压制成生产上所需要尺寸的棒料，同时保障棒料的密度，以利于传压。后处理设备，后处理设备是将立方氮化硼从合成后的棒料提纯出来。主要原材料：六方氮化硼和触媒氮硼化合物六方氮化硼六方氮化硼也是人工合成的产物，一般有三种制备方法：(1).以尿素和硼砂为原料生产hBN(以河南地区厂家为主);(2).以氯化铵和硼砂为原料生产hBN(以山东、东北厂家为主);(3).以三聚氰胺和硼砂为原料生产hBN(以东北厂家为

3、主)。由于制备工艺的不同，氮化硼的结晶程度可在二维至三维有序结构(包括中间结构)的很宽的范围内变化。为了表征氮化硼的三维有序化程度，通常采用Thomas等人定义的描写三维有序化的石墨化指数G.I表示。定量计算可用式(14-2)计算。式中：G.I—类石墨结构的BN样品的结晶化程度—三维有序程度。S—X射线衍射图上各个特征反射峰(100)、(101)、(102)的面积。图14-9为以硼砂和尿素为原料等离子技术制备BN的X射线衍射图；表14-3中晶粒度Lc表示六方平面层沿c轴方向的堆积厚度。六方氮化硼对合成的影响静压触媒法合成CBN，应选择结晶程度

4、低、晶粒度细小、杂质含量低的BN原料，以利于生长优质CBN。实践表明，选用乱层结构的BN作原料，有利于获得粒度较粗，质量较好CBN。所谓乱层结构，是指HBN的各层间不完全对准，即晶体C轴方向的对应性较差。BN原料纯度要高，若含有百分之几的氧化物(如B2O3)和水分等杂质，触媒有效性将显著下降。此外、还要求较大的密度。这是因为BN和触媒通常是以粉状混合，如果密度较大，则可减少生长室在受高压挤压时出现的严重变形。目前国内实际采用的BN原料大多为乱层结构BN，BN含量高于95%，密度大于1.9g/cm3。这里要注意的是结晶程度！结晶程度高的六方石墨

5、化度高，经我们实验，结晶程度高的六方氮化硼有以利于生长优质CBN，为什么与上面书本上讲的不一样呢？？？大家请课后思考。触媒材料能够合成CBN的触媒材料是多种多样的，这与合成金刚石通常采用周期表中过渡金属及其合金作触媒的情况有所不同。最初，人们也期望用金刚石触媒合成CBN,发现不行，转而寻求其他材料。合成CBN的触媒金属或合金元素遍及周期表中的各个区域，包括s区、d区、ds区和p区，甚至发现某些非金属化合物也能成功地使HBN转化成为CBN。(1)碱金属、碱土金属及其氮化物，如Li、Mg、Ca、Mg3N2等。(2)碱金属、碱土金属的硼氮化物，如M

6、g3B2N4、Ca3B2N4等。(3)铝基合金触媒，如Al-Si、A1-Ni、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co等。(4)尿素及某些铵化物触媒，如硝酸铵、硼酸铵等。(5)水作触媒，其特点是生成的CBN很细。(6)周期表中IVB、VB、VIB、VIIB族过渡金属的硼化物、氮化物、硅化物等作触媒。其中，IA、IIA族元素，和Sn、Pb、Sb以及它们的氮化物作触媒所合成的CBN呈黑色，而金属硼氮化物触媒所合成的CBN为琥珀色、浅黄色甚至无色。触媒作用机理关于触媒促使BN相变机制，温托夫(Wentorf)推测这机制包含以下变化：一部分BN形成触媒金属

7、的氮化物，其余的溶解于生成的触媒氮化物中，然后从中析出而形成立方结构。就是说，以六方结构熔融，以立方结构结晶出来。例如BN-Li3N系统，发现在合成过程中形成了一种弱结合复合物，其组成接近于Li3N·3BN。认为这种复合物起着溶剂的作用溶解了剩下的六方氮化硼。由于合成压力温度处于CBN稳定条件下，所以溶解了HBN以CBN的形式析出。又例如Mg-BN系，无论初始材料用Mg还是Mg3N2为触媒，但在最后合成CBN过程中总能找到Mg3B2N4相存在于合成产物中。可以设想，CBN的生长是通过在BN-Mg3B2N4共晶液中的溶解及析出过程来完成的。过量

8、的HBN溶解并以CBN形式析出，成为Mg-BN系中CBN形成的机制。立方氮化硼合成工艺流程两个关键工序：高温高压合成合成的温度、压力与所用的触媒原材料有关。合成压力