第23卷第4期北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.23 No.42001年8月Journal of Uaiversity of Science and Technology BeijiogAug. 2001用hBN合成cBN徐曉偉.趙紅梅范慧俐李玉萍北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院.北京10083摘要分別用硼砂和氯化銨、硼砂和尿素為原料, 在950 C下合成出2種結(jié)晶度相近、平均顆粒度分別為5.6x10 '和1.42x 10~m的hBN.在高溫高壓條件下,使用鋰系催化劑，由前I種hBN合成的cBN為黃色透明體,由后一種hBN合成的cBN大部分為黑色半透明體，并且在cBN晶體表面上觀察到生長(zhǎng)臺(tái)階.以硼氫化鉀和氯化銨為原料合成出的hBN為無定形態(tài),平均顥粒度為12.43x10*m, 使用鋰系催化劑,該hBN未能合成出cBN.探討了cBN的形成機(jī)制.關(guān)鍵調(diào)六方氦化硼; 立方氮化硼;合成分類號(hào)TQ163立方氮化硼( cBN)在磨削黑色金屬及其合hBN街射譜外均無其他衍射峰,說明最后得到金時(shí)的性能比金剛石優(yōu)越.cBN是以六方氮化的是比較純凈的hBN.研究認(rèn)為",hBN衍射譜硼( hBN )為原料用高溫高壓方法合成的,直接用中(100)和(101)分開的程度及其峰形的相對(duì)強(qiáng)hBN合成cBN需要9GPa以上的壓力,這樣高的(a)硼砂-氧化銨法壓力在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中難以實(shí)現(xiàn).用催化劑可以使合成壓力降至5GPa左右，所以關(guān)于合成cBN的研究工作主要集中在研制催化劑上.有關(guān)合成原料hBN的研究報(bào)道極少.本文研究了用不同方法合成的hBN在性能上的差別,以及用它們合成cBN的效果.(b)硼砂- -尿素法1實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果1.1合成bBN的實(shí)驗(yàn)分別采用硼砂和氯化銨、硼砂和尿素、硼氫化鉀和氯化銨為原料合成hBN.合成前先把硼砂于450C保溫5h脫除結(jié)晶水,氯化銨和尿素分別在120和80C保溫10和20h脫去吸附水.然后把硼砂和氯化銨、硼砂和尿素以1:2.4 摩爾[Q)硼氫化鉀-氯化銨法比混合均勻,在干燥氨氣環(huán)境中,于950C保溫3h.硼氫化鉀和氯化銨則以1:1摩爾比混合均勻,通干燥氮?dú)?于900心保溫2h.把反應(yīng)產(chǎn)物分別用稀鹽酸和去離子水洗滌、過濾數(shù)次,干燥后做X射線衍射(XRD).粒度分析、掃描電鏡(SEM)等測(cè)試分析.1.2 hBN 的測(cè)試分析結(jié)果240648000在3個(gè)XRD圖譜中(見圖1(),b)和(c)),除中國(guó)煤化工N的XRD圍譜收稨日期199-01-12徐曉偉男44歲劃研究員,博士Fig.l.CH. CN MH GIHahereent me★國(guó)家自然科學(xué)基金資助課題(No.59972003)thodsVolL23 No.4徐曉偉等:用hBN合成cBN●339●溶劑中,應(yīng)更容易合成cBN.但本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果氯化銨為原料合成的hBN為無定形結(jié)構(gòu)，平均是,結(jié)晶好的hBN可以合成出cBN,而亂層結(jié)構(gòu)顆粒度為12.43 μm.的hBN在同樣條件下卻不能合成出cBN.對(duì)此,(2)使用鋰系催化劑，由硼砂和氯化銨、硼若采用cBN成核按固相轉(zhuǎn)變機(jī)制,生長(zhǎng)按溶劑砂和尿素制得的hBN在高溫高壓下均能合成出說機(jī)制的觀點(diǎn)圈，可以給出合理的解釋:從在cBNcBN.但由硼氫化鉀和氯化銨制得的hBN,在同晶體表面上觀察到生長(zhǎng)臺(tái)階，可以斷定在本文樣的高溫高壓下未能合成出cBN.實(shí)驗(yàn)條件下,cBN是在溶劑中生成的.無定形的(3)高溫高壓下,顆粒度小的hBN經(jīng)固相轉(zhuǎn)hBN沒有合成出cBN是因?yàn)槠鋵娱g有序度差且變成核比溶劑中的BN由能量起伏產(chǎn)生的均勻顆粒度大,難以由固相轉(zhuǎn)變形成cBN晶核,所以成核容易.溶人到溶劑中的BN因沒有可以附著的晶核而參考文獻(xiàn)不能存在和生長(zhǎng).相反,結(jié)晶度較好的兩種hBN,因顆粒度小、有序度好,經(jīng)固相轉(zhuǎn)變形成cBN晶1 Bindal M M, Singh B P, Singhal s K,et al. On the ChoiceofHexagonal Boron nitride for High Pressure Phase trans-核變得相對(duì)容易,所以,盡管它們?nèi)苋巳軇┲械膄ormation Using the Catalyst solvent Procss. J Mater Sei,能力相對(duì)于無定形hBN差,但溶人的BN因有1991,26:196了可以附著的晶核,最終按溶劑說理論長(zhǎng)大成2陶連應(yīng),鄭家學(xué).硼化物的生產(chǎn)和應(yīng)用.成都:成都科cBN晶體.由此得出的推論是,小顆粒、結(jié)晶好技大學(xué)出版社, 1992.76的hBN經(jīng)固相轉(zhuǎn)變形成cBN晶核比溶人溶劑3 Sumiya H, Iseki T. High Pressure Synthesis of Cubic Bor-on Nitride from Amorphous Statc. Mat Res Bull,1983,18:中的BN由均勻成核形成cBN晶核容易.12034茍清泉.人造金剛石合成機(jī)理研究成都:成都科技大3結(jié)論學(xué)出版社, 1986.10(1)用硼砂和氯化銨、硼砂和尿素為原料,s徐曉偉,鄒廣田.氨化硼固相轉(zhuǎn)變的船形模型高壓物理學(xué)報(bào), 1992 ,6:217在950C溫度下合成的2種hBN結(jié)晶度相近,平6徐曉偉.用鎂系催化劑合成優(yōu)質(zhì)立方氮化硼的研究:均顆粒度分別為5.6和1.42um,用硼氫化鉀和[學(xué)位論文].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),1991Synthesis of cBN from hBNXU. Xiaowei, ZHAO Hongmei, FAN Huili, LI YipingMaterial Science and Engincering School, UST Beijig, Beijing 10083,ChinaABSTRACT Two kinds ofhBN were synthesized by using Na,B,Or -NHCI and NaB,Or (NH)2CO as thestarting materials at 950C, both hBN are analogous in crystallization, the average particle size was 5.6 and1.42 um respectively. Under high temperature and high pressure and using Li series catalysts, cBN synthesizedfrom the former was yellow transparent and from the ltter showed black translucent. It is also found that gr0wth steps on the surface of cBN crystals occur.The hBN obtained from the reaction of KBH and NHLCI isamorphous with particle size of 12.43 um, and it can not transform into cBN using Li series catalysts. The syn-thesis mechanism of cBN was discussed.KEY WORDS hexagonal boron nitride; cubic boron nitride; synthesis中國(guó)煤化工MYHCNMHG