用hBN合成cBN

第23卷第4期北京科技大学学报Vol.23 No.42001年8月Journal of Uaiversity of Science and Technology BeijiogAug. 2001用hBN合成cBN徐晓伟.赵红梅范慧俐李玉萍北京科技大学材料科学与工程学院.北京10083摘要分别用硼砂和氯化铵、硼砂和尿素为原料, 在950 C下合成出2种结晶度相近、平均颗粒度分别为5.6x10 '和1.42x 10~m的hBN.在高温高压条件下,使用锂系催化剂，由前I种hBN合成的cBN为黄色透明体,由后一种hBN合成的cBN大部分为黑色半透明体，并且在cBN晶体表面上观察到生长台阶.以硼氢化钾和氯化铵为原料合成出的hBN为无定形态,平均颢粒度为12.43x10*m, 使用锂系催化剂,该hBN未能合成出cBN.探讨了cBN的形成机制.关键调六方氦化硼; 立方氮化硼;合成分类号TQ163立方氮化硼( cBN)在磨削黑色金属及其合hBN街射谱外均无其他衍射峰,说明最后得到金时的性能比金刚石优越.cBN是以六方氮化的是比较纯净的hBN.研究认为",hBN衍射谱硼( hBN )为原料用高温高压方法合成的,直接用中(100)和(101)分开的程度及其峰形的相对强hBN合成cBN需要9GPa以上的压力,这样高的(a)硼砂-氧化铵法压力在实际工业生产中难以实现.用催化剂可以使合成压力降至5GPa左右，所以关于合成cBN的研究工作主要集中在研制催化剂上.有关合成原料hBN的研究报道极少.本文研究了用不同方法合成的hBN在性能上的差别,以及用它们合成cBN的效果.(b)硼砂- -尿素法1实验及其结果1.1合成bBN的实验分别采用硼砂和氯化铵、硼砂和尿素、硼氢化钾和氯化铵为原料合成hBN.合成前先把硼砂于450C保温5h脱除结晶水,氯化铵和尿素分别在120和80C保温10和20h脱去吸附水.然后把硼砂和氯化铵、硼砂和尿素以1:2.4 摩尔[Q)硼氢化钾-氯化铵法比混合均匀,在干燥氨气环境中,于950C保温3h.硼氢化钾和氯化铵则以1:1摩尔比混合均匀,通干燥氮气,于900心保温2h.把反应产物分别用稀盐酸和去离子水洗涤、过滤数次,干燥后做X射线衍射(XRD).粒度分析、扫描电镜(SEM)等测试分析.1.2 hBN 的测试分析结果240648000在3个XRD图谱中(见图1(),b)和(c)),除中国煤化工N的XRD围谱收稨日期199-01-12徐晓伟男44岁劃研究员,博士Fig.l.CH. CN MH GIHahereent me★国家自然科学基金资助课题(No.59972003)thodsVolL23 No.4徐晓伟等:用hBN合成cBN●339●溶剂中,应更容易合成cBN.但本文的实验结果氯化铵为原料合成的hBN为无定形结构，平均是,结晶好的hBN可以合成出cBN,而乱层结构颗粒度为12.43 μm.的hBN在同样条件下却不能合成出cBN.对此,(2)使用锂系催化剂，由硼砂和氯化铵、硼若采用cBN成核按固相转变机制,生长按溶剂砂和尿素制得的hBN在高温高压下均能合成出说机制的观点圈，可以给出合理的解释:从在cBNcBN.但由硼氢化钾和氯化铵制得的hBN,在同晶体表面上观察到生长台阶，可以断定在本文样的高温高压下未能合成出cBN.实验条件下,cBN是在溶剂中生成的.无定形的(3)高温高压下,颗粒度小的hBN经固相转hBN没有合成出cBN是因为其层间有序度差且变成核比溶剂中的BN由能量起伏产生的均匀颗粒度大,难以由固相转变形成cBN晶核,所以成核容易.溶人到溶剂中的BN因没有可以附着的晶核而参考文献不能存在和生长.相反,结晶度较好的两种hBN,因颗粒度小、有序度好,经固相转变形成cBN晶1 Bindal M M, Singh B P, Singhal s K,et al. On the ChoiceofHexagonal Boron nitride for High Pressure Phase trans-核变得相对容易,所以,尽管它们溶人溶剂中的formation Using the Catalyst solvent Procss. J Mater Sei,能力相对于无定形hBN差,但溶人的BN因有1991,26:196了可以附着的晶核,最终按溶剂说理论长大成2陶连应,郑家学.硼化物的生产和应用.成都:成都科cBN晶体.由此得出的推论是,小颗粒、结晶好技大学出版社, 1992.76的hBN经固相转变形成cBN晶核比溶人溶剂3 Sumiya H, Iseki T. High Pressure Synthesis of Cubic Bor-on Nitride from Amorphous Statc. Mat Res Bull,1983,18:中的BN由均匀成核形成cBN晶核容易.12034苟清泉.人造金刚石合成机理研究成都:成都科技大3结论学出版社, 1986.10(1)用硼砂和氯化铵、硼砂和尿素为原料,s徐晓伟,邹广田.氨化硼固相转变的船形模型高压物理学报, 1992 ,6:217在950C温度下合成的2种hBN结晶度相近,平6徐晓伟.用镁系催化剂合成优质立方氮化硼的研究:均颗粒度分别为5.6和1.42um,用硼氢化钾和[学位论文].长春:吉林大学,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中国煤化工MYHCNMHG