Li3N在生成BN反应中的作用

研究了常压高温下Li3N在B4C与含氮化合物生成BN反应中的作用。实验结果表明,在950℃高温下,B4C与Si3N4反应不生成hBN,B4C与NH4Cl反应只生成少量hBN。在该两种原料中加入Li3N后,反应产物中hBN生成量都明显增多。但Li3N本身没有与B4C生成hBN的反应。由此推断,Li3N在上述B4C与含氮化合物生成hBN的反应中表现出了催化作用。此外,在以hBN为原料,以Li3N为催化剂合成出cBN的温度压力区域内,对B4C-Si3N4-Li3N体系所做的高温高压实验没有合成出hBN或cBN。还讨论了在低压条件下原位合成cBN的探索实验中,应如何选择硼源和氮源的问题。     

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。     

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。     

Synthesis of Cubic Boron Nitride by the Reaction of Li3N and B2O3

Cubic boron nitride is synthesized by the reaction of Li3N and B203 under high pressure and high temperature （4.0-5.0 GPa, 1350-1500℃）. The minimum pressure of cBN formation is 4.0 GPa. The present condition of cBN formation is clearly lower than the eutectic temperature of Li3BN2 and BN in the Li3N-hBN system （5.5 GPa, 1610℃）. The content of cBN in the sample increases, while the content of hBN decreases with the temperature and pressure. The maximum conversion rate （5.0 GPa, 1500℃） is about 34%, which is higher than that in the hBN-Li3N system. The cBN crystals are octahedral or tetrahedral in shape and approximately 20 μm in diameter.     

硼砂与氯化铵合成hBN反应机理的研究

 研究了以硼砂、氯化铵为原料在氨气气氛下合成hBN 的反应机理。指出氯化铵在反应中的主要作用是与硼砂反应形成可阻止硼砂颗粒团聚的高熔点膜层；而氨气的主要作用就是提供大量参与反应的NH₃分子，增加了反应几率；新生成的hBN则进一步隔离高度熔融的硼砂团粒，防止玻璃相的生成。     

模型化合物氮的热解释放及N2转化特性研究

用纤维素和8-羟基喹啉在高压反应釜中合成出物理性质、化学结构及氮的官能团结构与原煤都很接近的模型化合物,利用携带流反应器实验研究了模型化合物氮在热解过程中的转化,并重点关注燃料氮向N2的转化规律.结果表明,实验条件下模型化合物快速热解的主要气相含氮产物有三种:HCN、N2和氮氧化物,其中N2所占的比例最大,是模型化合物热解的主要含氮产物.温度及矿物质对N2的生成有重要影响,实验条件下,当温度低于1000℃时, N2的释放特性变化不大,但是当温度达到1100℃后,燃料氮向N2的转化率显著增大.添加金属矿物质可以明显改变热解过程中燃料氮向N2的转化特性.     

cBN晶体的Raman光谱测量

 用R1000激光共聚焦Raman光谱仪研究了高温高压合成棒中的立方氮化硼（cBN）晶体、原材料六方氮化硼（hBN）和催化剂。Raman光谱测量结果表明：伴随cBN晶体生长的散射峰,出现了两条全新的Raman散射峰（约1.088 cm^-1和约1.368 cm^-1）。该散射峰所对应的物质可能是在高温高压条件下hBN向cBN转变时生成的不完全产物——BN的一种新相。这一结果将有助于进一步讨论cBN的生长机理。     

High thermal stability of diamond-cBN-B_4C-Si composites

Improving the thermal stability of diamond and other superhard materials has great significance in various applications. Here, we report the synthesis and characterization of bulk diamond–cBN–B_4C–Si composites sintered at high pressure and high temperature(HPHT, 5.2 GPa, 1620–1680 K for 3–5 min). The results show that the diamond, cBN, B_4C,B_xSiC, SiO_2 and amorphous carbon or a little surplus Si are present in the sintered samples. The onset oxidation temperature of 1673 K in the as-synthesized sample is much higher than that of diamond, cBN, and B_4C. The high thermal stability is ascribed to the covalent bonds of B–C, C–N, and the solid-solution of B_xSiC formed during the sintering process. The results obtained in this work may be useful in preparing superhard materials with high thermal stability.     

含纳米金刚石的立方氮化硼聚晶的制备

 采用在cBN表面进行镀钛、并在PcBN结合剂中加入纳米金刚石的方法,对静压法合成的PcBN的组织结构进行研究。通过对镀钛后的cBN和合成的PcBN样品进行XRD、SEM、显微硬度、致密度分析和热稳定性分析,并与结合剂中不含纳米金刚石的PcBN样品进行对比,研究纳米金刚石的添加对合成PcBN的组织结构和性能的影响。实验结果表明,在有镀钛cBN、Al和Si存在的环境中,采用先升压至5.5 GPa,然后升温至1 400 ℃,保温保压500 s的合成工艺,在PcBN中未发现纳米金刚石发生石墨化;作为碳源,与Si、Ti、Al等共同作用,在PcBN组织中形成多种耐热、高硬、稳定的化合物。适当过量地加入使得PcBN组织中残留部分未反应的纳米金刚石,不仅提高了PcBN的致密性,而且提高了PcBN的硬度,更为重要的是消除和减轻了“架桥”现象。在合成PcBN的过程中,Ti和纳米金刚石的反应活性最强。结合真空微蒸发镀钛技术,cBN表面镀钛和加入纳米金刚石使PcBN中的各组分之间充分反应形成的多种化合物过渡层,使得PcBN中各相之间有良好的相容性,PcBN的热稳定性得到提高。     

Ca3B2N4-hBN系中立方氮化硼的膜生长机制

 以Ca₃B₂N₄为触媒,在高温高压下对六角氮化硼进行处理,在六角氮化硼与触媒的交界处得到了被金属膜包覆的立方氮化硼晶体。这表明六角氮化硼到立方氮化硼的转变与人造金刚石的膜生长机制类似：立方氮化硼晶体在触媒与六角氮化硼接触处择优成核,在生长着的立方氮化硼与六角氮化硼之间存在着金属薄膜,该膜对立方氮化硼“基元”有输运作用。随着该金属膜向六角氮化硼区的推进,在其后留下生长的立方氮化硼晶体。     

高压合成立方氮化硼用的新触媒材料的研究

 本文研究了合成立方氮化硼用新触媒材料Mg₃B₂N₄及Ca₃B₂N₄的制备方法，并对它们的稳定性及其催化作用进行了讨论。氮化硼原料的结晶状态及合成温度、合成时间、气流量等对新触媒的合成有着重要的影响。本文还在高温高压下利用新触媒进行了立方氮化硼的合成实验，结果表明，与碱土金属触媒相比新触媒具有合成压力低、转化率高、合成温度和压力范围宽、产物杂志含量低、破碎强度高等优点，是一种应用前景很大的触媒材料。     

高温高压下氮化硼的结晶化及立方氮化硼的合成

 研究了非晶BN、二维有序BN和低有序度六方BN（G.I＝6.1）在高温高压下的结晶行为及不同有序度的BN对立方BN合成的影响。研究结果表明，低有序度BN向高有序度六方相转化，但不同有序度的BN原料向立方BN转化的行为不同。少量B掺杂下的立方氮化硼的合成实验发现B的掺入阻碍立方BN的生成。低有序度BN不易向立方BN的主要原因可以认为是它们存在较多的N空位，高温高压下随着BN的结晶化，B以杂质析出并阻碍了立方BN的合成。     

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.     

不同颜色立方氮化硼的合成及耐热性的研究

 本文分别以金属镁粉、氮化镁以及镁粉与氮化镁粉的混合物为触媒，以六角氮化硼粉（96%~98%含量）为原料，在高温高压下合成了颜色较纯正的黑色、橘黄色及白色立方氮化硼晶体。对上述三种不同颜色的立方氮化硼晶体进行了TG-DTA分析及高温氧化实验，并讨论了立方氮化硼晶体的耐热机制。     

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.