NH4F对Li3N-hBN体系中合成CBN晶体的影响

本文研究了在Li3N—hBN体系中加入不同量的NH4F后，对CBN晶体的合成的影响。结果表明，加入NH4F后，合成压力降低了约20％。分析以NH4F和Li3N混合粉末为原料的实验结果后推测：在高温高压条件下NH4F首先会分解为NH3和HF,HF进一步和Li3N反应生成更加稳定的LiF和NH3，其化学反应式可以写成：3NH4F＋Li3N=3LiF＋4NH3，这一过程通过X光衍射分析实验产物得到证实。为了考察LiF在合成立方氮化硼过程中的作用，我们用Li3N和NH4F反应所制得的LiF单独作触媒，在LiF—hBN体系中进行了CBN晶体的合成实验，结果表明在上述压力温度条件下，没有CBN晶体生成，即LiF不宜单独做触媒。尽管在NH4F与Li3N反应消中耗了Li3N—hBN体系中的作为触媒的Li3N，但是，合成压力仍有较大幅度的降低，表明少量氨的存在，使CBN晶体的形成更加容易。     

准八面体CBN单晶的合成研究

通过对原料、触媒及合成工艺的研究，采用国产DS-029B型六面顶压机在4．2—5．3GPa，1350。1470℃的范围内，从hBN-单质触媒体系中合成出近乎完美的黑色八面体和截角八面体立方氮化硼单晶体。确定了该种形态的CBN晶体的生长区域。CBN晶体的尺寸在100—400μm，峰值粒度为125—150μm。对所得的晶体进行考察，发现这种CBN晶体结晶形貌发育比较完整、棱角尖锐、晶粒饱满，并且有较高的抗压强度。上述结果表明所用的单质触媒具有使CBN晶体均匀生长的能力，是一种合成CBN晶体的有效触媒，该种CBN晶体具有较好的破碎强度。     

化学反应直接成核生长立方氮化硼

本文用B2O3和单质B作为B源分别与Li3N作用,通过化学反应在低于Li3N-hBN体系合成CBN件下合成出了CBN晶体.在上述反应中最低合成条件分别为4.0 GPa-1400 ℃和4.5 GPa-1450 ℃.由于初始材料中不含BN,所以CBN晶体成核方式为化合物之间或化合物与单质间的化学键重组直接成核而非传统的从sp2杂化的hBN向sp3杂化的CBN相转化过程.实验证明,化学键重组成核所需能量要小于相转化成核所需能量.利用含有硼、氮原子的化合物之间在高温高压下的化学反应直接成核是制备CBN晶体的有效方法.     

组装方式对立方氮化硼合成的影响

组装方式不仅可以影响高压腔内温度压力的分布，最终影响合成晶体的质量，而且也直接影响到对原料hBN的选择。本实验用国产六面顶压机，在4～5GPa，1500～1700％范围内研究了组装方式对立方氮化硼（CBN）合成的影响。通过光学显微镜观察了晶体生长的特性及形貌。结果表明，在实验中，用粉末状触媒和六角氮化硼采取分片式组装，CBN的成核会聚集在片与片的交界面处，且生长的CBN晶体多为厚板状八面体。这是由于在粉压成型的过程中，受力不均造成了上下表面的触媒与六角氮化硼的密度高于内部的，且高密度的粉体也有利于温度和压力的传导，所以导致在此处的CBN成核数量高于内部。可见，预压的片越薄，片内各处的粉体密度就越相近。因此，在以粉体为初始原料合成CBN晶体的实验中采用薄片式组装方式，选取hBN粉体堆积密度大的为原料对于提高CBN晶体单位产量更为有利。