片状h-BCN化合物的高温高压化学合成与表征

以高温烧结三聚氰胺制得的CNH化合物为C、N源,与分析纯单质硼粉以一定比例混合,在5.0~5.5 GPa、1 400~1 500℃高温高压条件下,经化学反应合成了六角硼碳氮(h-BCN)晶体。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对产物进行了表征,结果表明,得到了含碳量较高的六方结构B0.18C0.66N0.16化合物,成分接近于BC4N,硼、碳、氮是以原子化合的形式存在;XRD分析确定该合成产物具有六角网状结构;SEM测量结果表明,B-C-N晶体具有片状六角形貌,尺寸在1μm左右。     

富硼稀土硼化物NdB6的高温高压合成

 提出了一种在高温高压极端条件下合成富硼稀土硼化物NdB₆的新方法，即以稀土氧化物Nd₂O₃为钕源与单质硼反应的方法获得了稀土六硼化物NdB₆。并对合成产物进行了粉末X射线衍射分析。结果表明在配比为Nd：B＝1：6时，压力为4.0 GPa、温度为1 600 ℃、反应时间为15 min的条件下，获得了单相性非常好的NdB₆。高温高压合成NdB₆方法具有反应条件易达到、合成时间短、反应产物单相性好等优点。其XRD结果表明该合成产物为立方结构，晶格常数为a＝0.417 nm。     

高温高压下C3N6H6分解产物的研究

 采用高温高压方法分解缩聚三聚氰胺（C₃N₆H₆），得到一种棕黑色粉末。经过X射线粉末衍射分析，产物主要由未完全分解的原料、碳和分解过程中的过渡相组成。透射电镜观察结果显示，过渡相在某一方向具有长周期结构；在扫描电镜下观察形貌，产物为片状组织，且其中有少量气孔；X射线能散结果表明，C∶N≈3.27∶1（原子比）；此外，进行了红外吸收谱和X射线光电子能谱测试，产物主要键合状态是C(sp²)＝N和C(sp²)—N。     

硅在cBN单晶合成中的行为

 实验制备了复合氮化物Li₈SiN₄，并对合成温度、合成时间、气流量等因素的影响以及产物的稳定性进行了讨论。研究了Li₈SiN₄作为触媒添加剂时硅在cBN单晶合成中的作用。结果表明：cBN晶体多为截角八面体，晶面致密光滑；硅参与cBN的合成反应，并以SiO₂的形式沉积在cBN表面。     

添加剂Li8SiN4对cBN晶体形貌的影响

 在4.5~5.0 GPa，1 500~1 800 ℃范围内，在Li基复合氮硼化物的催化体系中添加Li₈SiN₄后，得到了具有光泽的棕色透明的cBN单晶。研究了cBN晶体的形貌，结果表明，添加Li₈SiN₄后得到的等积形cBN晶体的百分比明显增多，除部分截角四面体外，多为截角八面体晶体，且棱角尖锐，晶面致密光滑。     

天然及合成的硅灰石的高压研究

 研究了天然硅灰石（CaSiO₃）的压致相变，并采用高温高压方法直接合成了硅灰石。结果表明：天然硅灰石经高压（4.6~5.0 GPa）高温（1 200~1 250 ℃）处理后转变为深玫瑰色半透明立方晶体，而采用高温（1 050~1 100 ℃）高压（3.8~4.3 GPa）直接合成的硅灰石也具有同样结构及形貌。SEM分析表明：天然硅灰石SiO₂及CaO的含量分别为50.8%和48.1%，而人工合成的产物SiO₂及CaO含量分别为51.35%和48.15%。     

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。     

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。     

高温高压条件下富硼固体B7O的合成与表征

 在高温高压条件下采用过量氧化锌氧化单质用的方法合成了富硼固体以B₇O，并利用X射线衍射、X射线光电子能谱、红外光谱、二次离子质谱等测试手段，对合成产物进行了表征。测试结果表明，组成富硼固体B₇O的基本结构单元是十二个硼原子组成的正二十面体，氧原子存在于这些结构单元的间隙之间，并与结构单元中的硼原子互相成键。本文所采用的合成方法较其它方法可以更方便地得到结晶情况很好的单相富硼固体B₇O。     

高压下FexN化合物的相分解

 本文研究了室温下压力对Fe_xN化合物相分解的影响。X射线衍射分析表明，高压促使氮原子从Fe_xN化合物的晶格中脱溶出来，引起相分解，形成母相与α-Fe。这种相分解现象随压力增大而加强。通过分析不同压力下母相Fe_xN与α-Fe的相对含量，研究了氮从Fe_xN中脱溶的动力学过程，并计算出激活体积。对于Fe₃N和Fe₄N化合物，其激活体积分别为2.24×10^-5 m³/mol和1.62×10^-5 m³/mol。本实验还指出，通过对Fe_xN化合物的高压处理以及适当条件下退火，可以获得Fe₁₆N₂化合物。     

六角相硼碳氮化合物的合成研究

 以三聚氰胺和氧化硼为原料,利用真空热处理和高温高压技术,对BCN化合物的形成及结构进行了研究。在真空条件下,原料经1 100 K热处理得到非晶BCN的前驱物,将前驱物在5.0 GPa、1 500 K条件下高温高压热处理30 min,合成出了单相的六角BCN晶体。采用Materials Studio软件的Reflex模块对样品的X射线衍射图谱进行分析,结果表明,得到的样品为纯的六角相,晶格常数为a=0.250 5 nm,c=0.665 9 nm。对样品进行了透射电镜（TEM）分析,得到了样品的形貌和电子衍射,同样证实了样品为六角BCN晶体,晶粒尺寸约200 nm。对样品进行了XPS表征,确定了样品中存在C—C、C—N、C—B、N—B键,表明B、C、N三元素之间达到了原子级化合,样品的组分含量通过EDX进行标定。     

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。     

石墨相C_3N_4压致结构相变研究

将有机物三聚氰胺(C3N6H6)高温热解,得到了石墨相C3N4(g-C3N4)。利用同步辐射X射线衍射和金刚石对顶砧(DAC)高压技术,在室温下对g-C3N4进行了结构变化研究。实验结果表明,在16.57 GPa压力范围内,g-C3N4发生了压致结构相变,在6.6 GPa压力下,晶体结构由原来的石墨相转变为三斜相。使用Birch-Murnagha等温状态方程拟合出了样品的等温状态方程。     

六角相B-C-N化合物的高压相变研究

采用原位高压同步辐射能散X射线衍射和金刚石压砧技术,实验研究了新型超硬材料六角相B0.47C0.23N0.30的高压相变及物理特性,压力范围为1.4～30 GPa.实验结果表明,六角相B..47C0.23N0.30在14.9 GPa压力下发生了相变,形成的新相为六方纤锌矿结构.计算得到了具有六方纤锌矿结构的B0.47C...     

高温高压下Fe-Ni-C系合成金刚石的研究

 以工业纯单质铁粉和单质镍粉为主要原料,采用粉末冶金方法制备了Fe-Ni-C系反应体系,在六面顶压机上进行了金刚石合成实验。Raman光谱和X射线衍射结果表明,采用这种方法获得的粒径为200~500 μm,呈六-八面体聚形的晶体为立方金刚石单晶。通过对常规力学性能的检测发现,金刚石的品位较高,超过SMD25级锯片级金刚石的要求。分析认为,高温高压下金刚石自Fe-Ni-C系形核是一个触媒不断溶解催化碳原子的过程。大量的实验结果可以证实,金刚石在Fe-Ni-C系长大所需的碳原子来自于在γ-(Fe,Ni)吸引作用下、从(Fe,Ni)₃C中不断脱溶的碳。金属包覆膜在这一过程中不但起到了输送碳原子的作用,还以独特的方式促成了碳原子由sp²π杂化态向sp³杂化态的转变。     

B-C-N Compound Synthesized Under High Temperature and High Pressure

Crystalline hexagonal B(N 1 m x C x ) and cubic B-C-N compounds have been synthesized from a precursor produced from melamine and boric acid by application of high temperature and high pressure. The synthesized products were characterized by X-ray diffraction. The lattice parameters for the hexagonal crystal are a=2.506 Å, c=6.657 Å, and that for the cubic crystal is a=3.596 Å. The X-ray photoelectron spectra of the B-C-N compound indicate the presence of B-N, C-N, C-C, and B-C bonds, which suggests that boron, carbon, and nitrogen atoms all bond with one another and that the B-C-N crystal is a compound in which the three kinds of atoms are mixed atomically. The composition of the B-C-N compound is B 0.47 C 0.23 N 0.30 . A strong absorption band at 1000～1120 cm m 1 attributable to the cubic B-C-N phase is observed in the infrared spectrum. The photoluminescence spectrum of hexagonal B-C-N powder measured at room temperature features a broad peak centered at 374 nm, corresponding to the band-edge emission of h-B-C-N, and is similar to that of w-GaN.     

六方氮化硼的结晶度对合成立方氮化硼的影响

 将3种不同初始结晶度的六方氮化硼（h-BN）分别与Li₃N按一定比例混合,在低于立方氮化硼（c-BN）的合成温度和压力条件下,采用高温、高压预处理方式,使3种h-BN的结晶度发生改变。对不同预处理条件下得到的h-BN进行X射线衍射分析,确定了结晶度的变化程度。用不同结晶度的h-BN作为初始原料合成c-BN,观察并分析了h-BN向c-BN转化时微观结构的变化以及h-BN的结晶度对合成c-BN的影响。实验结果表明,结晶度低的h-BN更容易合成c-BN。