立方氮化硼微晶合成及體塊晶體生長(zhǎng)方法探索.pdf

1、立方氮化硼(cubic boron nitride，cBN)具有高硬度、寬帶隙、高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且在應(yīng)用于精密機(jī)械加工時(shí)與鐵系金屬之間呈現(xiàn)高惰性，因此，在精密機(jī)械加工、電子和光學(xué)器件的研制等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。多年來，人們發(fā)展了各種各樣的合成方法，試圖有效地制備立方氮化硼。這些方法包括高溫高壓法、化學(xué)氣相沉積法、溶劑熱法和水熱法等。在已有的水熱合成氮化硼工作基礎(chǔ)上，本文作者又系統(tǒng)地研究了各個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)合成氮化硼結(jié)果的影響，

2、并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化了合成立方氮化硼的工藝參數(shù)，成功地在水熱條件下制備了純相的立方氮化硼。此外，作者又探索了通過籽晶誘導(dǎo)作用生長(zhǎng)立方氮化硼體塊晶體的新方法，得到了一些具有較高參考價(jià)值的研究結(jié)果，具體如下： (1)作為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件的第一步，作者系統(tǒng)研究了氮源種類、加入方式以及它們的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果表明：當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃、壓力為10 MPa時(shí)，隨著RN值(一次氮源中NaN<,3>的摩爾數(shù)同二次氮源中NaN3摩爾數(shù)的比值)的

3、增加，樣品中cBN含量逐漸增加，在R<,N>=3:1時(shí)可以合成出純相的cBN。另一方面，隨著三甲胺和氨水用量的增加，氮化硼樣品的產(chǎn)率有所提高，但這時(shí)樣品中六方氮化硼(hexagonal boron nitride，hBN)的含量相應(yīng)地增加。 (2)另外，反應(yīng)溫度和二次氮源的加入速度也對(duì)氮化硼樣品的物相和產(chǎn)率有較大影響。當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃時(shí)，可以制備出純相的eBN樣品，但當(dāng)反應(yīng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，樣品中出現(xiàn)了較多雜相；此外，在高溫高

4、壓條件下原位加入二次氮源時(shí)，如果分多次加入，則會(huì)引起反應(yīng)體系溫度和壓力的頻繁波動(dòng)，使樣品中同時(shí)存在cBN和hBN。 (3)除了上述影響因素外，反應(yīng)原料的種類以及添加劑同樣影響著樣品的物相和產(chǎn)率。如果用硼酸銨和三聚氰胺作原料，樣品的產(chǎn)率有所提高，但hBN成了樣品中的主要物相；再有，如果在反應(yīng)溶液中加入適量的鹽酸作為添加劑，則在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下不但可以合成出純相cBN樣品，而且樣品的產(chǎn)率也得到明顯提高。除此之外，樣品的結(jié)晶質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果的重現(xiàn)性也都得到了明顯改善。 (4)系統(tǒng)研究的結(jié)果表明：在水熱合成氮化硼時(shí)，如果使用兩種以上的原料作為氮源，則不僅易于獲得純相cBN，而且樣品的產(chǎn)率和結(jié)晶質(zhì)量也大幅度提高。我們把這種現(xiàn)象稱為“混合氮源效應(yīng)”。 (5)在系統(tǒng)優(yōu)化了制備cBN的實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，作者探索了利用cBN籽晶誘導(dǎo)作用生長(zhǎng)cBN體塊晶體的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在大多數(shù)情況下，cBN籽晶與后來生成的氮化硼混雜在一起，籽晶本身并沒有明顯長(zhǎng)大。但是，