hBN-LiH/hBN-Li_3N-B体系合成cBN的赋色过程研究

在高温高压条件下,用hBN-LiH和hBN-Li3N-B为初始材料均可以合成出黑色cBN晶体。拉曼光谱测试结果表明,cBN晶体颜色变黑的原因是晶体中多余B原子的存在造成的。在hBN-Li3N-B体系中,晶体内部有明显的三角形阴影形成,表明从晶体表面的中心到顶角间B原子的含量较多,从表面中心到棱边B原子的含量逐渐减少。而在hBN-LiH体系中所得到的晶体颜色从黑色透明直接变成黑色不透明状态,晶体内部没有出现三角形阴影,表明晶体中作为杂质的B原子分布比较均匀。此两种情况说明,B作为杂质原子进入cBN晶体中可以有两种分布情况,一是居中对称分布,二是均匀分布,从晶体的生长环境和自身的排杂能力方面分析了晶体为什么会出现上述现象。     

在Mg-hBN体系中水对cBN晶体合成的影响

 研究了4.5~5.5 GPa、1 400~1 800 ℃ 条件下,两种形态水——自由水与束缚水对在Mg-hBN体系中合成cBN晶体的影响。结果表明：水的形态与添加水的量对合成cBN晶体的颜色、成核率及生长条件有重要影响。自由水可抑制cBN晶体的成核数量,而束缚水可以改变cBN晶体的颜色并降低合成温度。     

Li3N-hBN体系中引入调节剂对合成cBN的影响

引入调节剂是一种改善立方氮化硼生长环境的重要手段. 本文中,我们研究了在Li3NhBN体系中引入调节剂对合成立方氮化硼的影响. 研究发现,调节剂的引入对立方氮化硼成核有明显的影响,并且通过光学显微镜可以明显发现调节剂曾有溶融的迹象,认为是调节剂在高温高压下发生溶解,改变了立方氮化硼生长溶液的性质,为立方氮化硼的生长提供了良好的生长环境,改变了立方氮化硼的生长速度,使晶体形貌得到了明显的改善. 通过电镜分析,发现调节剂含量的不同给晶体带来了不同的缺陷.     

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。     

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。     

立方氮化硅的冲击波合成实验

氮化硅在常态下的两种已知物相（α和β相）均为六方结构，最近新发现第3种具有立方尖晶石结构的氮化硅（以下称立方氮化硅或γ-Si3N4）可通过高温高压条件合成得到，是继金刚石、立方氮化硼之后的又一种超硬材料。各国学者在合成立方氮化硅的研究中开展了积极的工作，然而，目前所用的技术手段仅能合成出极少量的γ-Si3N4粉体样品，无法进一步开展其块体材料的研究，并制约了该新材料在工业技术中的应用。     

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。     

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。     

衬底材料对制备立方氮化硼薄膜的影响

较系统地研究了不同衬底材料对制备氮化硼薄膜的影响。用热丝增强射频等离子体CVD法,以NH3,B2H6和H2为反应气体,在Si,Ni,Co和不锈钢等衬底材料上,成功生长出高质量的立方氮化硼薄膜,还用13.56MHz的射频溅射系统将c-BN薄膜沉积在Si衬底上,靶材为h-BN(纯度为99.99％）,溅射气体为氩气和氮气的混合气体,所得到的氮化硼薄膜中立方相含量高于90%,用X射线衍射谱和傅里叶变换红谱对样品进行了分析表明,衬底材料与c-BN的晶格匹配情况,对于CVD生长立方氮化硼薄膜影响很大,而对溅射生长立方氮化硼薄膜影响不大。     

大颗粒立方氮化硼单晶的合成

 在Mg-B-N体系中通过控制立方氮化硼晶体的成核率及生长速度，在4.5~6.0 GPa、1 500~1 900 ℃的高压高温条件下，在几分钟时间内，成功地获得了粒径达毫米量级的立方氮化硼单晶体，其最大单晶粒径达1.6 mm。研究了该体系中立方氮化硼单晶的生长特性，讨论了该种单晶体在Mg-B-N体系中的生长机制。     

制作高压压砧的新材料--碳化硅宝石

 介绍了碳化硅的一些背景资料,以及人工合成碳化硅宝石的基本原理,说明了碳化硅宝石的主要物理性质。并对碳化硅宝石作为金刚石的替代品,制作成的碳化硅压腔在完成超高压高温实验方面的优势和应用前景进行了评述。     

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。     

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。     

Kinetics of phase transformation from hBN to cBN in the presence of Mg3BN3 catalyst

Abstract

Transformation kinetics from hBN to cBN has been studied at 6 GPa with changing reaction temperature and content of catalyst mixed with hBN powder. At lower catalyst content (3–10 wt %), rate of transformation was extraordinary rapid between 1300 and 1350 C. At higher catalyst content (30–50 wt %), rate of transformation was decreased. Normal nucleation kinetics was observed at about 1500 C. The rapid transformation temperature region correlates characteristic behavior of the sintering process.     

Study on measurement of linear electro-optic coefficient of a minute irregular octahedron cBN wafer

The cubic boron nitride (cBN) is a kind of artificial electro-optic (EO) crystal, and we have not found any relative reports so far. Because the artificial synthetic cBN wafers are very small and hard, the wafers cannot be cut into rectangular slabs. The polarizer-sample-λ/4 retardation plate (compensator)-analyzer (PSCA) transverse EO modulator has to be adjusted to the minute irregular octahedron of cBN wafers. When the applied voltage is along [1 1 1] direction of the wafer, due to refraction, the angle between the incident beam direction and the (1 1 1) plane (top or bottom plane) of the wafer should be 25.4°, and the angle between the polarization direction of the polarizer and the plane of incidence should be 50.8° by calculation, respectively. The half-wave voltage of the cBN sample was obtained for the first time, by means of detection of the output optic signals from the modulator with and without an applied electric field on the sample, respectively. Furthermore, the linear EO coefficient was obtained, . The analysis of the experimental resulting error was carried out.     

High-pressure Raman study of MgV2O6 synthesized at high pressure and high temperature

A new structural phase of MgV2O6 was obtained by a high-pressure,high-temperature(HPHT) synthesis method.The new phase was investigated by the Rietveld analysis of X-ray powder diffraction data,showing space group Pbcn(No.60) symmetry and a = 13.6113(6) (1 = 0.1 nm),b = 5.5809(1) ,c = 4.8566(3) ,V = 368.93(2) 3(Z = 4).High pressure behavior was studied by Raman spectroscopy at room temperature.Under 22.5 GPa,there was no sign of a structural phase transition in the spectra,demonstrating stability of the HPHT phase up to the highest pressure.     

碳硅石压腔在高温高压拉曼光谱研究中的应用

描述了碳硅石压腔的结构和特点。碳硅石压腔主要包括碳硅石压砧、支撑加压系统、加热系统和金属垫片等部分。合成碳硅石的硬度高、热导性好、膨胀系数小、热稳定性好,并且它的晶体颗粒大,透明度好,价格也很便宜,因此是一种很好的压砧材料。还介绍了应用碳硅石压腔对Na₂CO₃溶液、Na₂SO₄溶液、水的拉曼光谱进行高温高压原位测量的实例。     

hBN ↔ cBN equilibrium line calculated from experimental data on the cBN-to-hBN transformation to 1.4 GPa

Abstract

In the pressure range from 0.3 to 1.4 GPa, the onset temperatures of cBN-to-hBN transformation have been found by quenching method on high-purity single crystals of cubic boron nitride. From the experimental data with allowances made for the kinetics of solid-phase transformation. the hBN?cBN equilibrium line has been calculated, which fits well with the equilibrium phase p, T-diagram of boron nitride.