高壓下非晶氮化硼合成立方相納米聚晶的相變機理研究

《高壓下非晶氮化硼合成立方相納米聚晶的相變機理研究》是王海闊為項目負責人，河南工業大學為依託單位的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高壓下非晶氮化硼合成立方相納米聚晶的相變機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王海闊
• 依託單位：河南工業大學

項目摘要

納米立方氮化硼聚晶材料（NPcBN）的製備是目前超硬材料領域的研究熱點，有序層狀 BN 經位移型相變轉化為 NPcBN 的機制已被廣泛研究，而關於採用非晶 BN 為初始材料合成 NPcBN 的研究鮮見報導。本項目致力於實驗研究高溫、高壓、無觸媒參與下，無序非晶 BN 經重構轉變為 NPcBN 的相變機理，選用非晶 BN 作為初始材料，在自行研製的六面頂大腔體超高壓裝置上，實現非晶 BN 到 NPcBN 的相轉變；通過高倍透射電鏡、X 射線衍射研究不同溫度、壓強條件下截獲塊體材料的相組成及微觀結構；採用同步輻射 X 射線衍射及拉曼光譜技術，在金剛石壓砧超高壓裝置中原位研究非晶 BN 在高溫高壓下的結構變化，探索非晶 BN 轉化為 NPcBN 的相變機理；比較有序 BN、無序非晶 BN 為初始材料合成 NPcBN 熱力學條件及力學性能的差異，最佳化高性能 NPcBN 塊材的製備途徑。

結題摘要

在大腔體靜高壓裝置上，完成了無觸媒參與下 hBN 到多晶 cBN 的直接轉化，cBN 的晶粒尺寸為 50 nm~1um，通過分析不同溫壓條件合成樣品的拉曼圖普，得到了10 GPa 和12 GPa 壓強條件下，hBN 完全轉化為 cBN 的溫度條件，探討了多晶 cBN 晶粒尺寸與熱力學條件的關係，為高硬度、高韌性多晶 cBN 的製備及套用提供了基礎數據和新思路。在不同熱力學條件下，以不同碳源為初始材料，採用直接轉化法合成了不同晶粒尺寸、不同顏色的純相多晶金剛石塊體（φ6 mm × 6 mm），並經 X 射線衍射、Raman 光譜及掃描電鏡等方法檢測驗證。採用維氏壓痕法測得納米結構的黃色透明樣品的硬度約為 130 GPa （載入 3 g）。對黃色透明樣品進行砂輪對磨實驗，其磨耗比達 1.658 × 10 6，約為現在市場上主流的鈷基石油用金剛石複合片的 25 倍。差熱分析表明，黃色透明樣品的熱穩定性與克拉級單晶金剛石基本持平；以納米結構多晶金剛石與金剛石大單晶對磨，測定其磨耗比為 2.5，表現出比金剛石大單晶更優越的耐磨性。