立方氮化硼的振动光谱及反射光谱的研究

 将黑色、黄色、棕色三种小于50 μm立方氮化硼粉末为样品，研究了其红外光谱、拉曼光谱、反射光谱，结果表明：（1）样品的红外光谱中，1 818 cm^-1和1 548 cm^-1属于cBN的晶格本征振动，而立方氮化硼的晶格本征振动外的晶体缺陷吸收则发生在~800 cm^-1，1 580 cm^-1~1 740 cm^-1和大于2 400 cm^-1处。（2）拉曼光谱测试表明，在1 052 cm^-1和1 304 cm^-1附近出现的散射与cBN不具有反演中心及cBN具有立方结构这样的事实相一致，并且这种散射伴随着布里渊区中心声子的横向和纵向发射。144 cm^-1附近出现的散射，被认为是由于局部振荡模式的出现，在反斯托克斯区造成的信号，这与晶格中杂质缺陷有关。（3）依据得到的反射光谱，计算了cBN单晶禁带宽度，发现这三种cBN都具有大于金刚石的禁带宽度值，分别为：E_g(黑)=6.21 eV，E_g(黄)=5.73 eV，E_g(棕)=5.71 eV。     

高压合成立方氮化硼的振动光谱

 本文利用FT-IR和Raman光谱对用不同触媒高压合成的不同颜色立方氮化硼晶格振动的声子吸收和散射进行了研究。获得了较完整的晶格振动信息，并在1 000~1 300 cm^-1范围内，观测到了3个新的振动谱带，其中一个位于1 089 cm^-1， 归属为体TO声子和表面TO声子组合带，另两条513、801 cm^-1推测为杂质诱发吸收带。     

纤锌矿型氮化硼及其应用的研究（Ⅰ）——纤锌矿氮化硼的冲击波合成

 用hBN（Ⅰ、Ⅱ型层状结构的六角氮化硼）作原料，在斜冲击波的高温高压作用下，实现了hBN向wBN（纤锌矿型氮化硼）的转变。X光结构分析表明，生成的超硬氮化硼全部为wBN，没有发现zBN（闪锌矿型氮化硼）生成的任何证据。X光荧光光谱分析结果，得到的wBN的纯度接近99%。差热分析显示，在空气中温度为1 127 K时，开始吸热反应，吸热峰位于1 260 K。这表明wBN的热稳定性介于zBN和金刚石之间。     

不同六方氮化硼向立方氮化硼的转化行为

 利用X射线衍射法分析了7种六方氮比硼原料的结晶度、晶粒度和晶格常数，研究了高温高压下六方氮比硼（hBN）向立方氮比硼（cBN）的转化行为和转化率。结果表明，结晶度高和晶粒度细的六方氮化硼易于转化，有利于cBN的成核。     

用不同合成体系制备黑色立方氮化硼的研究

 立方氮化硼（cBN）晶体随颜色的加深,晶体的晶形越完整,晶体尺寸也越大。采用Mg+hBN、LiH+hBN、Li₃N+hBN+B和B+Li₃N 4种体系分别合成出了黑色的立方氮化硼晶体。通过光学显微镜、X射线衍射、拉曼光谱等测试分析手段,从合成条件、晶体形貌、颗粒度及残余应力等方面对不同体系合成出的黑色cBN晶体作了比较。结果表明,不同体系的合成效果有很大差别。在实际应用中应该根据需要采用不同的体系,以达到最优化合成目的。     

锂基触媒体系中不同形状立方氮化硼晶体的高压合成

采用高温高压方法,以六角氮化硼(hBN)为原料、选用氮化锂(Li3N)、氢化锂+氮化锂(LiH+Li3N)、氢化锂(LiH)、氢化锂+氨基锂(LiH+LiNH2)、氮化锂+氨基锂(Li3N+LiNH2)为触媒,在合适的温度、压力及生长工艺条件下,分别得到了厚板状、类球形、八面体或六八面体、扁锥状和片状六边形形貌立方氮化硼(cBN)晶体。总结了不同锂基触媒/添加剂对合成的cBN晶体形貌变化的影响。     

0.1~800 MPa压力下方解石拉曼光谱的实验研究

 利用石英的拉曼谱峰与温度和压力的关系，检验了在金刚石压腔中用方解石拉曼谱峰确定体系压力的可行性，并初步确定了在常温下方解石的拉曼谱峰与压力的关系。实验研究结果表明：在实验的压力范围内方解石稳定，且其1 085 cm^-1 谱峰约为石英464 cm^-1谱峰的3倍强度，因此非常适合作为热液金刚石压腔的压力标定物。在温度26 ℃、压力0.1~800 MPa条件下，方解石的拉曼谱峰（1 085 cm^-1）随着压力的增加，呈线形增大，其关系式为：p(MPa)=192×(ν_p－1 085)－21.8，1 085 cm^-1<ν_p<1 090 cm^-1。     

石膏的高压原位Raman光谱和相变研究

 利用金刚石对顶砧（DAC）高压装置产生高压,在0~35 GPa压力范围,对石膏（Gypsum,CaSO₄·2H₂O）晶体进行了高压原位Raman光谱研究。根据高压Raman光谱的实验数据,给出了石膏晶体Raman振动频率与压力的依赖关系;在4.5 GPa附近,在对称性伸缩振动范围,发现新的Raman峰1 012  cm^-1出现,这个峰的强度随压力升高逐渐增强,据此断定在4.5 GPa 附近,石膏晶体发生了压力导致的结构相变。     

用(C2H5)2O·BF3和Li3N苯热合成cBN机理探讨

 以(C₂H₅)₂O·BF₃和Li₃N为原料，于苯热条件下合成氮化硼并研究其相变机理。X射线粉末衍射和傅立叶变换红外吸收光谱分析证明，产物中不仅有hBN和cBN物相存在，而且还发现了正交氮化硼（oBN）和锂硼氮的常压相Li₃BN₂(O)及高压相Li₃BN₂(T)存在。分析了Li₃BN₂在高温高压条件下和在苯热条件下对合成cBN催化机制的差异，探讨了Li₃BN₂在以Li₃N和(C₂H₅)₂O·BF₃为原料合成BN的催化机制，提出常压相Li₃BN₂(O)和高压相Li₃BN₂(T)分别对生成cBN和oBN起催化作用的观点。     

90 GPa（准）静水压力的产生及压力分布的测量

 本文使用固态氩做传压介质，在自制的Mao-Bell型金刚石对顶砧装置中获得了90 GPa的准静水压。通过测量样品室内不同位置上红宝石荧光R₁线的频移来确定压力分布。实验结果表明在80 GPa以下，样品室内不同位置上的压力与平均压力（p）的差Δp很小，最大的Δp/p不超过1.5%。在90 GPa时，红宝石的荧光R线与常压的很相似。这表明利用固态氩做传压介质可以获得接近100 GPa的准静水压。此外，对红宝石荧光光谱中位置在14 938 cm^-1和14 431 cm^-1两条谱线随压力的变化情况也作了讨论，并由此得出结论，14 938 cm^-1这条线也可用来标定压力。     

六角氮化硼的氧化特性对立方氮化硼合成的影响

 六角氮化硼的一些性质对立方氮化硼的合成有着重要影响。本文在对三种不同纯度的六角氮化硼进行拉曼光谱、红外光谱、X光衍射光谱对比研究的基础上，进行了高温氧化、掺杂氧化物等项实验研究，讨论了六角氮化硼自身氧化特性以及在高温高压下生成的氧化物对合成立方氮化硼的影响，指出了除结晶程度、杂质含量外，六角氮化硼的氧化特性与立方氮化硼的成核、生长有直接联系。     

高温高压合成立方氮化硼的热力学分析

 从热力学角度计算出了以六角氮化硼为原料、用高压触媒法合成立方氮化硼时所形成稳定的临界晶粒半径r_k的大小,当p=6.0 GPa、T=1 600 ℃时,r_k≈15 nm。分析了r_k的大小与合成温度、压力的关系,以及在给定压力下立方氮化硼晶粒转化率与温度的关系。结果表明：在立方氮化硼稳定区,在相同压力下,r_k随温度的升高而增大;在相同温度下,r_k随压力的升高而减小,r_k越小立方氮化硼晶粒的转化率越高。计算结果与实际合成实验所得结果完全一致。     

Crystallographic aspects related to the high pressure–high temperature phase transformation of boron nitride

Crystallographic relations between different forms of boron nitride (BN) appearing at the high pressure–high temperature structural phase transformation have been revealed by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). As starting materials, crystalline hexagonal BN (hBN) with different degrees of crystallinity, or with defects intentionally introduced, were used. Cubic BN (cBN) is formed only as a minor component, the rest consisting of different forms of sp ² bonded BN: hBN, compressed, monoclinic deformed hBN, or turbostratic BN (tBN). The small cBN crystallites (300–400?nm) contain many defects such as twins, stacking faults and nanoinclusions of other BN forms: tBN, rhombohedral BN (rBN) and wurtzite BN (wBN). The cBN phase grows epitaxially on the basal plane of hBN. The nucleation sites for cBN are revealed by HRTEM. They consist of nanoarches (sp ³ hybridized, highly curved nanostructures), frequently observed at the edges of the hBN crystallites in the starting materials. Based on HRTEM observations of specimens not fully transformed, a nucleation and growth model for cBN is proposed which is consistent with existing theoretical and experimental models.     

Raman and X-Ray Investigation of Pyrope Garnet （Mg0.76Fe0.14Ca0.10）3Al2Si3O12 under High Pressure

The compressional behavlour of natural pyrope garnet is investigated by using angle-dlspersive synchrotron radiation x-ray diffraction and Raman spectroscopy in a diamond anvil cell at room temperature. The pressureinduced phase transition does not occur under given pressure. The equation of state of pyrope garnet is determined under pressure up to 25.3 GPa. The bulk modulus KTO is 199 GPa, with its first pressure derivative K′TO fixed to 4. The Raman spectra of pyrope garnet are studied. A new Raman peak nearly at 743 cm^-1 is observed in a bending vibration of the SiO4 tetrahedra frequency range at pressure of about 28 GPa. We suggest that the new Raman peak results from the lattice distortion of the SiO4 tetrahedra. All the Raman frequencies continuously increase with the increasing pressure. The average pressure derivative of the high frequency modes （650-1000 cm^-1） is larger than that of the low frequency （smaller than 650 cm^-1）. Based on these data, the mode Grǖneisen parameters for pyrope are obtained.     

Cubic BN Sintered with A1 under High Temperature and High Pressure

Sintering of cubic boron nitride （cBN） with addition of A1 is carried out in the temperature range 1300-1500℃ and under the pressure 5.5 GPa. When sintered at 1300℃, a weak diffractive peak of hexagonal BN （hBN） is observed in the Al-cBN sample, indicating the transformation from cBN to hBN. No nitrides or borides of A1 are observed, which indicated that A1 does not react with cBN obviously. When the sintering temperature is increased to 1400℃, the diffractive peak of hBN disappears and new phases of A1N and A1B2 are observed, due to reactions between A1 and cBN. When the sintering temperature is further increased to 1500℃, the contents of A1N and A1B2 phases increase and the A1 phase disappears completely.     

Li3N、Mg3N2、Ca3N2催化作用的比较和分析

 Li₃N、Mg₃N₂和Ca₃N₂是高温高压下以hBN为原料合成cBN的催化剂。在实验中发现它们对常压高温下生成hBN的反应也表现出催化作用。对比了三种氮化物催化效果的差异，发现三种氮化物都只有在熔融状态下才能表现出催化效果，以及三种氮化物对生成hBN反应的催化效果与它们在高温高压下合成cBN反应的催化效果次序相似。提出了对合成hBN有催化作用的化合物也将对合成cBN表现出催化作用的观点。     

六方氮化硼的振动光谱与立方氮化硼的合成

 以X射线衍射分析作参比，分析了高度三维有序到近乱层结构的9种六方氮化硼的红外和拉曼光谱，并进行了立方氮化硼的高温高压合成。光谱分析表明，随着晶性的降低，六方氮化硼的低频红外吸收峰的位置及拉曼谱线等基本振动光谱发生明显的特征性的变化，并伴随出现各自不同的次级光谱结构。合成结果表明，在触媒作用下，立方氮化硼的形成需要六方氮化硼原料有一定的结晶度，但立方氮化硼合成效果与六方氮化硼结晶度并非是简单的单调关系。对振动光谱和合成试验的结果进行了讨论。