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納米立方氮化硼聚晶材料(NPcBN)的制備是目前超硬材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

信息來源:本站 | 發(fā)布日期: 2021-04-14 10:54:27 | 瀏覽量:943020

摘要:

納米立方氮化硼聚晶材料(NPcBN)的制備是目前超硬材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),有序?qū)訝?BN 經(jīng)位移型相變轉(zhuǎn)化為 NPcBN 的機(jī)制已被廣泛研究,而關(guān)于采用非晶 BN 為初始材料合成 NPcBN 的研究鮮見報(bào)導(dǎo)。本項(xiàng)目致力于實(shí)驗(yàn)研究高溫、高壓、無觸媒參與下,無序非晶 BN 經(jīng)重構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?N…

納米立方氮化硼聚晶材料(NPcBN)的制備是目前超硬材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),有序?qū)訝?BN 經(jīng)位移型相變轉(zhuǎn)化為 NPcBN 的機(jī)制已被廣泛研究,而關(guān)于采用非晶 BN 為初始材料合成 NPcBN 的研究鮮見報(bào)導(dǎo)。本項(xiàng)目致力于實(shí)驗(yàn)研究高溫、高壓、無觸媒參與下,無序非晶 BN 經(jīng)重構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)?NPcBN 的相變機(jī)理,選用非晶 BN 作為初始材料,在自行研制的六面頂大腔體超高壓裝置上,實(shí)現(xiàn)非晶 BN 到 NPcBN 的相轉(zhuǎn)變;通過高倍透射電鏡、X 射線衍射研究不同溫度、壓強(qiáng)條件下截獲塊體材料的相組成及微觀結(jié)構(gòu);采用同步輻射 X 射線衍射及拉曼光譜技術(shù),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(jié)構(gòu)變化,探索非晶 BN 轉(zhuǎn)化為 NPcBN 的相變機(jī)理;比較有序 BN、無序非晶 BN 為初始材料合成 NPcBN 熱力學(xué)條件及力學(xué)性能的差異,優(yōu)化高性能 NPcBN 塊材的制備途徑。 

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(zhuǎn)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(qiáng)條件下,hBN 完全轉(zhuǎn)化為 cBN 的溫度條件,探討了多晶 cBN 晶粒尺寸與熱力學(xué)條件的關(guān)系,為高硬度、高韌性多晶 cBN 的制備及應(yīng)用提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和新思路。在不同熱力學(xué)條件下,以不同碳源為初始材料,采用直接轉(zhuǎn)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),并經(jīng) X 射線衍射、Raman 光譜及掃描電鏡等方法檢測驗(yàn)證。采用維氏壓痕法測得納米結(jié)構(gòu)的黃色透明樣品的硬度約為 130 GPa (加載 3 g)。對(duì)黃色透明樣品進(jìn)行砂輪對(duì)磨實(shí)驗(yàn),其磨耗比達(dá) 1.658 × 10 6,約為現(xiàn)在市場上主流的鈷基石油用金剛石復(fù)合片的 25 倍。差熱分析表明,黃色透明樣品的熱穩(wěn)定性與克拉級(jí)單晶金剛石基本持平;以納米結(jié)構(gòu)多晶金剛石與金剛石大單晶對(duì)磨,測定其磨耗比為 2.5,表現(xiàn)出比金剛石大單晶更優(yōu)越的耐磨性。 

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