国家自然科学基金(51272139)
- 作品数：12 被引量：24H指数：5
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- 相关领域：理学化学工程金属学及工艺更多>>
- EET理论在超硬材料相变机理研究中的应用
- 2018年
- 近年来,固体与分子经验电子理论(EET理论)不断完善和发展,并广泛应用于金属及其合金、陶瓷材料等研究领域,尤其是在材料相变机理研究方面取得了一定进展。主要归纳了金刚石单晶、立方氮化硼单晶相变机理的研究进展;提出了用基于EET理论构建的EET-TFDC理论模型来分析单晶高温高压相变机理的研究思路;介绍了EET理论在金刚石单晶、立方氮化硼单晶等超硬材料合成研究过程中的研究现状;展望了EET理论的研究前景。
- 贾凤王功振吕美哲许斌
- 关键词：超硬材料固体与分子经验电子理论金刚石单晶
- 添加籽晶对合成立方氮化硼单晶的影响被引量：8
- 2015年
- 采用Li3N、Ca3N2作为触媒,在高温高压（HPHT）条件下合成立方氮化硼（c BN）单晶,合成过程中通过加入籽晶的方式获得c BN单晶。通过改变籽晶的加入量和粒度,研究籽晶对合成c BN单晶产量的转化率、大颗粒单晶（30/50目）比例以及单晶静压强度等性能的影响;利用扫描电子显微镜对在不同条件下合成出的单晶颗粒形貌进行观察和对比。结果表明,在HPHT下,添加3wt‰的270/325目的籽晶合成出的c BN单晶尺寸为0.5 mm左右,且c BN单晶晶形规则,晶面多为（111）和（110）面,缺陷较少;30/50目的 c BN单晶的静压强度为44.5~48.2 N;合成c BN单晶的粒度整体提高。在Li3N-h BN体系中,添加270/325目籽晶合成c BN单晶产量的转化率为45.5%;添加100/120目的籽晶合成c BN单晶的大颗粒单晶（30/50目）的转化率达60.3%。在Ca3N2-h BN体系中合成c BN单晶的效果较差一些。
- 苏海通许斌蔡立超吕美哲张文
- 关键词：籽晶立方氮化硼转化率
- 高温高压下cBN单晶转变机理的EET理论分析被引量：2
- 2015年
- 使用ab从头算原理计算了六方氮化硼(hBN)和立方氮化硼(cBN)在cBN单晶合成温度和压强下(1800K,5.0GPa)的晶格常数。通过EET理论构建了hBN和cBN的共价电子结构,并计算出九组hBN和cBN单晶的不同低指数晶面之间在高温高压下的相对共价电子密度。根据TFDC理论分析判断,发现hBN的(110)与cBN的(110)、hBN的(100)与cBN的(100)分别连续,两组晶面组合的相对共价电子密度差均小于<10%。这表明:这两组hBN/cBN晶面之间的价电子结构相差不大,可以诱使hBN直接转变为cBN。因此本文认为:从价电子结构的角度分析,高温高压下的cBN单晶极有可能是由hBN直接转变而来的。
- 许斌吕美哲张文蔡立超苏海通
- 关键词：EET理论高温高压
- Li_3N-hBN体系合成cBN单晶“V”形区的相变热力学被引量：5
- 2014年
- 利用静态高温高压触媒法合成优质cBN单晶,合成温度和压强范围形成一"V"形区域。从Gibbs自由能(△G)角度分析了采用Li3N为触媒合成cBN单晶时,不同物相在"V"形区及其扩大区域(1600~2200 K、4.8~6.0 GPa)内向cBN相变的可能性。分别计算了高温高压下hBN+Li3N→Li3BN2、hBN→cBN和Li3BN2→cBN+Li3N三个反应的△G。结果表明:在"V"形区及其扩大区域内,前二个反应的△G均为负值,分别为-35^-10 kJ/mol和-25^-19kJ/mol;而第三个反应的△G有正有负,其正值范围形成了一个温度、压强的"V"形区域。该"V"形区基本覆盖了以前文献中提到的"V"形区。这说明在合成优质cBN单晶的温度压强范围内,Li3BN2稳定存在,不能分解出cBN。Li3N触媒体系内的cBN可能源自hBN的直接相变,而非Li3BN2的分解。但分析表明Li3BN2促进了hBN→cBN的相变。
- 吕美哲许斌杨红梅郭晓斐温振兴
- 关键词：相变热力学
- 三种氮化物触媒原料的cBN单晶合成效果被引量：2
- 2014年
- 在压力4.2-5.5 GPa、温度1350-1540℃条件下,分别采用Li3N、Ca3N2、Mg3N2三种氮化物粉末作为触媒合成出了cBN单晶;研究了三种触媒的cBN单晶合成效果,对得到的cBN单晶产量和转化率、粒度分布、抗压强度和表面形貌等进行了表征和对比,并讨论了三种触媒合成cBN单晶的经济性及其应用。结果表明,采用Li3N触媒合成出的cBN单晶,产量和转化率高,单晶粒度大,抗压强度高,晶体生长完善,生长缺陷少,但Li3N触媒价格昂贵,适用于工业化生产高品级cBN大单晶;采用Ca3N2触媒合成出的cBN单晶虽然其产量和转化率低,粒度较小,但生长较为完善,表面缺陷较少,同时Ca3N2触媒价格便宜,适用于工业化生产高品级的cBN小单晶;采用Mg3N2触媒合成出的cBN单晶产量和转化率居中,单晶粒度小,晶体表面粗糙,存在较多生长缺陷,但Mg3N2触媒价格低廉,可大大降低cBN单晶的生产成本,适用于工业化生产较低品级的cBN单晶和微粉。
- 许斌温振兴蔡立超张文吕美哲苏海通
- 关键词：触媒
- 高温高压下cBN单晶转变机理的密度泛函理论研究被引量：3
- 2016年
- 为研究Li_3N-hBN体系中cBN单晶的转变机理,本文采用基于密度泛函理论的赝势平面波方法和广义梯度近似法(GGA)系统计算了高温高压条件下hBN和cBN的低指数晶面的晶面能,分析了hBN和cBN各晶面之间的能量关系。结果表明:在1800K,5.5 GPa和2000 K,6.0 GPa下,hBN的(1010)晶面与cBN的(100)晶面的相对晶面能差分别为0.7%和1.2%,两组晶面的晶面能连续,即微观上电子密度连续。根据改进后的密度泛函理论(TFDC)可知,hBN能够向cBN直接转变。因此推断:在Li_3N-hBN体系中,以Li_3N为触媒,cBN单晶是由hBN直接转变而来。
- 许斌时永鹏吕美哲郭全海
- 关键词：立方氮化硼密度泛函理论高温高压
- cBN单晶合成效果与合成后Li基触媒组织结构的相关性研究被引量：5
- 2016年
- 采用锂基触媒(Li_3N)和六方氮化硼(hBN)为原料,在静态高温高压条件下加入(270/325目)籽晶批量合成出了大颗粒立方氮化硼(cBN)单晶(>70目)。通过X射线衍射仪(XRD)对触媒层内物相进行标定,采用K值法、绝热法、RIR值等理论方法,计算出样品触媒层内各物相的质量分数,比较了单晶合成效果好与差的触媒层内物相含量的差别;利用扫描电子显微镜(SEM)对样品触媒层的形貌进行观察,比较了单晶合成效果好与差的触媒层形貌的差别。结果表明:cBN单晶合成效果不同,其触媒组织结构有着明显的差异。当单晶合成效果较好时,触媒层中Li_3BN_2的含量为49%,cBN的含量为5%,hBN的含量为46%,触媒层内存在较均匀的熔融球状组织和管状组织,且离单晶表面越近管状组织越多;当单晶合成效果较差时,触媒层中Li_3BN_2的含量为10%,cBN的含量为49%,hBN的含量为41%,触媒层内只存在熔融球状组织。分析认为,触媒层中的cBN和Li_3BN_2的含量是影响大颗粒cBN单晶合成效果的主要因素。
- 王功振许斌时永鹏吕美哲郭全海
- 关键词：CBN组织形貌
- 合成后的触媒组织结构对立方氮化硼单晶合成效果的影响被引量：2
- 2017年
- 以氮化锂(Li_3N)为触媒和六方氮化硼(hBN)为原料,在静态高温高压条件下加入籽晶批量合成出了≥50目的立方氮化硼(cBN)单晶。通过X射线衍射仪(XRD)和红外线光谱仪(FTIR)对合成后的触媒层内物相组成进行了分层表征;采用K值法、绝热法和RIR值等理论方法,计算出了触媒层内各物相的质量分数,分析了各物相在触媒层中的变化规律。采用扫描电子显微镜(SEM)对cBN单晶形貌和cBN单晶/触媒的界面形貌进行了观察,分析了触媒层的形貌对cBN单晶合成效果的影响。结果表明,触媒层内主要存在不规则的cBN微晶、hBN和Li3BN2等物相。触媒层的中间层是hBN发生固相直接转变生成cBN微晶的主要区域,触媒层中Li3BN2和cBN微晶的含量直接影响cBN单晶的合成效果。
- 王功振贾凤时永鹏吕美哲许斌
- 关键词：高温高压立方氮化硼组织形貌
- Li_3N触媒粒度对立方氮化硼单晶合成效果的影响被引量：9
- 2014年
- 在压力4．5～5．3GPa，温度1350～1500℃条件下，分别以不同粒度的Li3N粉末作为触媒，采用高温高压触媒法合成了立方氮化硼（cBN）单晶。研究了UN触媒粒度对cBN单晶合成效果的影响，对得到的cBN单晶的产量、转化率、大晶粒含量和抗压强度等特性进行了检测对比。结果表明，当Li3N触媒的粒度为80～100μm时，在高温高压下可以合成出大晶粒含量高、抗压强度高、生长完善且晶形完整度较高的cBN单晶；当Li3N触媒的粒度为60～80μm时，在高温高压下合成出的cBN单晶产量和转化率较高。
- 温振兴许斌蔡立超蔡玉成张文吕美哲
- 关键词：粒度CBN
- 高温高压Li_3N-hBN体系cBN转变的热力学分析被引量：4
- 2013年
- 以经典热力学第二定律ΔG<0为依据,分析了静态高温高压触媒法合成立方氮化硼(cBN)过程中发生的可能反应.考虑温度和压强对反应物相体积的影响,计算了六方氮化硼(Li3N-hBN)体系中hBN+Li3N→Li3BN2,h BN→cBN及Li3BN2→Li3N+cBN反应在高温高压条件下的ΔG.结果证实,Li3BN2由Li3N与hBN在高温高压(T>1300 K,P>3.0 GPa)条件下反应得到,在cBN的合成(T=1600～1800 K,P=4.6～6.0 GPa)条件下,hBN和Li3BN2都有向cBN转化的倾向,但由hBN向cBN直接转变的反应自由能比Li3BN2分解生成cBN的反应自由能更负,反应的可能性更大.探讨了高温高压条件下立方氮化硼的转变机理。
- 杨红梅许斌郭晓斐温振兴范小红田彬
- 关键词：高温高压立方氮化硼热力学
