立方氮化硼的制备与标识
多晶立方氮化硼复合材料的制备
多晶立方氮化硼复合材料的制备及其应用
多晶立方氮化硼复合材料是一种新型的高性能复合材料,它由立方氮化硼(BN)和多晶碳(MG)组成,以达到有效的结构强度和耐磨性。
主要应用于精密机械零件、航空航天件、高性能运动装备等。
1. 制备工艺:多晶立方氮化硼复合材料的制备工艺主要分为两步:首先将特定尺寸和形状的立方氮化硼微粉和多晶碳微粉混合在一起,然后将混合物经过压制、热处理和热处理等工艺步骤制备出多晶立方氮化硼复合材料。
2. 使用:多晶立方氮化硼复合材料可用于制作精密机械零件、航空航天件、高性能运动装备等,具有良好的结构强度和耐磨性。
例如,精密机械零件采用多晶立方氮化硼复合材料可以提高零件的强度和精度,而航空航天件则可以提高件的耐磨性和耐腐蚀性;在高性能运动装备上,多晶立方氮化硼复合材料可以提高装备的耐磨性和稳定性。
立方氮化硼材料的制备、性能及应用
立方氮化硼材料的制备、性能及应用摘要:介绍了立方氮化硼单晶、聚晶立方氮化硼、氮化硼纤维材料的制备、性能及应用,对聚晶立方氮化硼的特殊性能和其作为刀具材料的应用进行了特别的分析,并指出了氮化硼的发展趋势。
金刚石是世界上最硬的材料,立方氮化硼(CBN)的硬度仅次于金刚石。
CBN晶体中氮原子与硼原子以SP3方式杂化形成CBN,类似金刚石结构。
金刚石和CBN统称为超硬材料。
超硬材料广泛应用于锯切工具、磨削工具、钻进工具和切削刀具。
金刚石高温容易氧化,特别是与铁系元素亲和性好,不适合用于铁系元素黑色金属加工。
CBN 是20世纪50年代最先由美国通用电气(GE)公司人工合成得到,70年代初制成聚晶PCBN刀具。
我国20世纪70年代首次合成出CBN 后,经历了20多年的徘徊发展,到20世纪90年代,CBN的生产及应用进入快速发展时期,特别是近几年发展更为迅速。
我国生产的CBN单晶除满足快速发展的内市场外,还大量出口国外。
聚晶立方氮化硼(Polycryst-allinecubic Boron Nitride,PCBN)是由CBN单晶添加黏结剂或不加任何黏结剂,经高温高压烧结制得的。
基于聚晶立方氮化硼材料和刀具在现代制造业中的重要作用,于2010年设立的“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项中明确提出:要研究超硬材料刀具系列产品结构设计和制造技术;进行高精度成形刀具研发;建立切削试验装置,针对用户材料及加工工艺需求,开展切削试验,建立切削数据库等,最终研制开发出适用于加工航空航天钛合金、高温合金材料的高效切削用超硬材料刀具系列产品。
本文主要介绍了CBN和PCBN的合成制备、性能和应用。
1立方氮化硼的合成与性能目前,CBN单晶的合成主要是由静态高压触媒法合成,通常以六方氮化硼(hBN)和不同的触媒为原料,在高温(1400~1800℃)和高压(4~8GPa)下合成CBN单晶粉,颜色多为黑色或琥珀色。
国内最早合成的CBN采用金属镁作为触媒,后来主要采用金属氮硼化物。
cbn磨料生产工艺
cbn磨料生产工艺CBN(立方氮化硼)磨料是一种新型超硬磨料,具有非常高的硬度和热稳定性,被广泛用于高硬度材料的切削和磨削加工。
下面,我将介绍CBN磨料的生产工艺。
CBN磨料的生产工艺主要包括原料的制备、磨料粒子的合成和成型加工三个过程。
首先是原料的制备。
制备CBN磨料的原料主要是氮化硼、碳化钛和金属钛。
这些原料经过精细的筛选和净化,移除杂质和不纯物质。
然后,按照一定的比例混合,形成均匀的混合料。
这些原料的制备影响着CBN磨料的质量和性能,所以制备过程需要严格的控制。
接下来是磨料粒子的合成。
在磨料粒子合成过程中,先将制备好的原料混合物置于高温高压的环境中。
利用高温高压的条件,让原料发生化学反应,形成CBN晶体。
这个过程被称为等离子体化学气相沉积(PVD)技术。
通过控制温度、压力和反应时间等参数,可以获得不同尺寸和形状的CBN磨料粒子。
这个过程需要精密的设备和高水平的工艺控制,以确保合成的磨料粒子质量优良。
最后是成型加工。
磨料粒子合成后,需要进行成型加工,使其成为具有一定形状和尺寸的磨料颗粒。
主要有两种成型方法:一种是粘结剂法,即将磨料粒子与粘结剂混合,并通过加热或压制等方式,使其形成块状或颗粒状;另一种是电解法,即将磨料粒子悬浮在溶液中,通过电解沉积的方式,在导电基体上形成粒子层。
这两种方法各有优劣,并根据具体需要选择合适的方法。
以上就是CBN磨料的生产工艺。
CBN磨料具有非常高的硬度和热稳定性,被广泛应用于高硬度材料的切削和磨削加工中。
随着制备技术的进一步发展和完善,CBN磨料的性能将进一步提高,为高精度加工提供更好的选择。
CBN立方氮化硼
立方氮化硼立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结构(图1)类似金刚石,硬度略低于金刚石,为HV72000~98000兆帕,常用作磨料和刀具材料。
1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。
1简介编辑立方氮化硼cubic boron nitride立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结构(图1)类似金刚石,硬度略低于金刚石,为HV72000~98000兆帕,常用作磨料和刀具材料。
1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。
很长一段时间里,立方氮化硼被认为在自然界不存在,直至2009年,美国加州大学河滨分校、劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的科学家和来自中国、德国科研机构的同行一起,在中国青藏高原南部山区地下约306公里深处古海洋地壳的富铬岩内找到了这种矿物,其在大约1300摄氏度高温、118430个大气压的高压条件下形成了晶体。
该团队以中国地质科学院地质研究所教授方青松的名字将新矿物命名为qingsongite(后缀ite表示矿物)。
国际矿物学协会在2013年8月正式承认了这是一种新的矿物——立方氮化硼。
其原子结构与金刚石中的碳原子结构类似,因此它具有高密度的特性,硬度可媲美钻石,常被用作磨料和刀具材料。
立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。
立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的,是继人造金刚石问世后出现的又一种新型高新技术产品。
它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金钢石,但热稳定性远高于金钢石,对铁系金属元素有较大的化学稳定性。
立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,还能有效地提高工件的磨削质量。
浅论刀具材料——聚晶立方氮化硼(PCBN)
浅论刀具材料——聚晶立方氮化硼(PCBN)超硬刀具材料在20世纪的后40年中有了较大的发展。
超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同,立方氮化硼是无机非金属的硼化物材料,晶体结构为面心立方体;而金刚石由碳元素转化而成,其晶体结构与立方氮化硼相似。
它们的硬度大大高于其他物质。
1. 聚晶立方氮化硼(PCBN)的主要研制工艺PCBN作为刀具材料,其质量好坏直接影响到PCBN刀具的切削效率和使用寿命。
其研制工艺大致为:微晶CBN加入结合剂之后,应与结合剂混合均匀之后方能使用。
PCBN的制备是在超高压、高温条件下完成的——也只有在这样的条件下,才能实现:CBN微晶之间二次聚合,形成PCBN骨架;结合剂自身之间及结合剂与CBN之间进行烧结。
(1) 粘结剂。
PCBN是立方氮化硼颗粒和一定比例的粘结剂在高温高压下烧结而成的。
粘结剂在合成PCBN的过程中起着重要作用,加入适量的粘结剂可以降低烧结温度和压力,并改善烧结体的性能。
在选择粘结剂的时候一般要遵从以下几点:a. 线膨胀系数尽可能与立方氮化硼接近,以降低温差应力;b. 粘结剂与氮或硼元素应有强烈的化学亲和性,从而可以提高粘结强度;c.可以牢固连接硬质合金基体;d. PCBN加工不同的金属材料时,粘结剂的含量对切削效果影响很大,因此制造粘结剂含量高的PCBN时,粘结剂应具有较高的硬度与韧性。
(2) 烧结工艺。
PCBN烧结过程中的主要参数为压力、温度和烧结时间。
烧结要控制在立方氮化硼的热稳定区,在烧结过程中温度一般用加热功率来标志。
由于烧结的最佳功率值和立方氮化硼向六方氮化硼逆转化的功率值很接近,所以可选择的烧结温度范围很窄,一般为1400℃~1600℃,压力的范围大约为 5.0~7.0GPa,保温时间大约为2~30分钟。
另外高压容体内温度分布的不均匀对PCBN 的质量和性能也有影响。
2. PCBN的性能特点PCBN不仅具备了立方氮化硼的优良品质,而且带基体的复合片还具备硬质合金的抗冲击韧性。
【精品文章】一文了解氮化硼(BN)材料
一文了解氮化硼(BN)材料
在100多年前,氮化硼在贝尔曼的实验室首次被发现,该材料得到较大规模发展是在20世纪50年代后期。
氮化硼(BN)是一种性能优异并有很大发展潜力的新型陶瓷材料,包括5种异构体,分别是六方氮化硼(h-BN),纤锌矿氮化硼(w-BN),三方氮化硼(r-BN)、立方氮化硼(c-BN)和斜方氮化硼(o-BN)。
广泛应用于机械、冶金、化工、电子、核能和航空航天领域。
图1 氮化硼的六方晶型、闪锌矿晶型和纤维锌矿晶型
1. 氮化硼简介
氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体,分子式为BN,分子量
24.81。
化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮,理论密度2.27g/cm3。
氮化硼粉末具有松散、润滑、质轻、易吸潮等性质,颜色洁白。
氮化硼制品呈象牙白色。
目前对氮化硼的研究主要集中在对其六方相(H-BN)和立方相(C-BN)上的研究。
图2 氮化硼粉末及氮化硼晶体
氮化硼的性能可以主要分为以下几个方面:
在机械特性方面:拥有不磨蚀、低磨耗、尺寸安全性、润滑性佳、耐火及易加工等优点。
在电气特性方面:拥有介电强度佳、低介电常数、高频率下低损耗、可微波穿透、良好的电绝缘性等优点。
在热力特性方面:拥有高热传导、高热容量、低热膨胀、抗热冲击、高温润滑性及高温安定性等优点。
立方氮化硼薄膜的制备与表征-复旦大学物理教学实验中心Fudan
立方氮化硼薄膜的制备与表征薄膜物理/技术在基础研究和应用研究两方面都有很重要的意义,因为:1)各种材料的薄膜(两维体系)往往都表现出与其体材料(三维体系)不同的性质;2)实际中的很多应用(如光学薄膜、各种保护膜等)往往只对材料表面的性质有要求(通过镀膜即可实现)。
薄膜物理/技术的研究对象是薄膜、衬底和它们之间的界面,主要内容包括能满足特定需要的镀膜设备的构建、镀膜过程的控制和薄膜性能的表征等。
立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的超硬材料,因其特殊的物理化学性能,有非常广泛的应用前景。
近年来,人们对立方氮化硼薄膜进行了大量的深入研究,也取得了不少可喜的进展;但由于薄膜的稳定性等原因,人们期盼的大面积的应用仍未实现。
由于立方氮化硼薄膜生长对实验参数有很严格的要求,薄膜的表征又需要有若干相关的表面分析的基础知识,本实验旨在让学生通过实验准备及随后的实际操作过程中可以深入地了解和掌握下列相关知识和技术:高真空技术,等离子体物理,薄膜制备与监控,离子与固体表面的相互作用和表面分析等,从而拓展自己的知识面,培养对有关工作兴趣,并为将来的研究工作打下较好的基础。
一、背景知识立方氮化硼(c-BN)是一种人工合成的强度仅次于金刚石的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料,具有宽带隙、低介电常数、高化学稳定性(优于金刚石)、耐高温耐腐蚀等诸多优异性能,此外相比于金刚石,c-BN还具有可进行p型和n型掺杂等优点,因此c-BN在力学、热学及电子学等方面都有着广泛的应用前景。
1.1 立方氮化硼简介1.1.1 氮化硼的结构与碳相类似,氮化硼既有软的六角的sp2杂化结构又有硬的类金刚石的sp3杂化结构。
其四种相结构分别是与金刚石的闪锌矿结构对应的立方氮化硼(c-BN),与六角石墨对应的六角氮化硼(h-BN),与三方菱面体结构的石墨对应的菱形氮化硼(r-BN )和与六方金刚石对应的纤锌矿氮化硼(w-BN ),如图 1.1所示。
其中sp 2杂化的h-BN 和sp 3杂化的c-BN 为稳定态结构,而sp 2杂化的r-BN 和sp 3杂化的w-BN 为非稳定结构。
立方氮化硼
分类
立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为3000~8000兆帕、温度为 800~1900℃范围内制得。典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。立方氮化硼的 晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺 寸通常在1毫米以下。它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性,用以制造的磨具,适于加工既硬又 韧的材料,如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。用立方氮化硼磨具磨削钢材时, 大多可获得高的磨削比和加工表面质量。
制作方法
立方氮化硼立方氮化硼多晶烧结体的主要制法有:①用立方氮化硼微粉和少量结合剂(如钴、铝、钛和氮化 钛等),在压力4000~8000兆帕、温度为1300~1900℃下烧结而成;②以立方氮化硼微粉和结合剂为一层,以硬 质合金(片或粉)为一层,在上述压力、温度下把两者烧结在一起,制得带硬质合金衬底的多晶烧结体,这种烧 结体具有高的强度,同时保持立方氮化硼的原有理化性能,可制成直径达16毫米的圆片,切割加工成适当形状后, 作为车刀和镗刀的刀头,适于切削淬火钢、铸铁和镍合金等 。
立方氮化硼是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的,其硬度 仅次于金刚石而远远高于其它材料,因此它与金刚石统称为超硬材料。
性质简介
立方氮化硼立方氮化硼是由六方氮化硼和触媒在高温高压下合成的,是继人造金刚石问世后出现的又一种新 型产品。它具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外性和较宽的禁带宽度等优异性能,它的硬 度仅次于金钢石,但热稳定性远高于金钢石,对铁系金属元素有较大的化学稳定性。立方氮化硼磨具的磨削性能 十分优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,还能有效地提高工件的磨削质量。立方氮化硼的使用是对 金属加工的一大贡献,导致磨削发生革命性变化,是磨削技优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,且有利于严格控制工件的 形状和尺寸精度,还能有效地提高工件的磨削质量,显著提高磨后工件的表面完整性,因而提高了零件的疲劳强 度,延长了使用寿命,增加了可靠性,再加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生 产为好,所以,扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是机械应用是机械工业发展的必然趋势。
立方氮化硼生产工艺
立方氮化硼生产工艺
立方氮化硼(cubic boron nitride,CBN)是一种晶体形态与金
刚石相似的氮化硼。
它具有硬度高、热稳定性好、化学惰性等优良性能,被广泛应用于超硬材料制备、磨削与切削工具制造等领域。
立方氮化硼的生产工艺主要包括以下几个步骤:
1. 原料准备:使用均质粒度的氮化硼和铝作为主要原料。
氮化硼的纯度要求较高,一般达到99%以上。
2. 混合:按照一定比例将氮化硼和铝混合均匀,一般将氮化硼与粉末铝的重量比控制在1:1左右。
3. 热压烧结:将混合好的粉末放入石墨模具中,并进行加热压制。
通常采用高温高压烧结工艺,温度达到1800℃以上,压
力达到10GPa以上。
4. 晶化处理:进行热处理,使烧结体中的氮化硼和铝发生反应,生成立方相的氮化硼晶体。
温度和时间的控制非常重要,一般在1700~2100℃的温度范围内进行晶化处理。
5. 制备成品:通过切割、磨削等加工工艺将晶化后的立方氮化硼块体制备成所需形状的CBN刀具、磨料等产品。
需要注意的是,立方氮化硼的生产工艺可能因生产商不同而略有差异,以上为一般的生产工艺流程。
立方氮化硼的制备
立方氮化硼的制备指导老师:乐永康 实验者:赵凯摘要:用射频溅射法将立方氮化硼(c-BN )薄膜沉积在晶体硅上,薄膜成分由傅立叶变换红外吸收谱标识。
在其他条件不变的情况下,研究了衬底温度及氮气含量对制备立方氮化硼的影响。
研究结果表明,基底温度是影响立方氮化硼含量的重要参数。
C-BN 的含量并非单纯线性随衬底温度变化,在不同的N 2含量下,立方氮化硼生长有不同的最适生长的衬底温度,并且在最适生长衬底温度附近生长的c-BN 应力较低。
关键词:立方氮化硼,射频溅射,衬底温度引言:立方氮化硼薄膜在薄膜应用领域具有重要的技术潜力, 其综合性能甚至超过金刚石。
这主要决定于其独特的优点[1~2 ] : (1) c - BN 材料具有宽的光学带隙6. 5 eV 和优良的热导率,并且可掺杂为N 型、P 型半导体, 可作为宽带隙半导体材料用于高温、大功率、抗辐射的电子器件制造方面。
金刚石只能掺杂为P 型半导体。
(2) 高温下强的抗氧化性能(1 300 ℃以下不易氧化) ,不易与铁族金属及其合金材料发生反应。
(3) CVD 方法制备金刚石薄膜通常在高温条件下进行,c - BN 薄膜可在较低的温度下(300~800 ℃) 沉积。
(4) 从红外到紫外范围内具有很好的透光性,加上本身高硬度的特点,是光学元件良好的保护涂层。
(5) 很高的硬度,显微维氏硬度约为5 000 kgmm- 2 ,仅次于金刚石。
因而是超硬保护涂层的较佳选择材料。
氮化硼有类似于金刚石的结构的sp3键构成的相, 又有类似石墨结构的sp2 键构成的相。
如图1,闪锌矿的C-BN 和六角密堆层状结构的h-BN 处于热力学平衡状态,斜方六面体的r-BN 和纤锌矿结构的w-BN 处于亚稳态。
[3]实验:C -BN 薄膜用27.12MHz 射频溅射的方法沉积在单晶硅(111)衬底上,衬底经过在酒精中超声清洗30分钟(2次),靶材为纯度99.5%的h-BN 靶,溅射气体为氮气与氩气混合而成。
立方氮化硼涂层制备
立方氮化硼涂层制备立方氮化硼涂层制备,说起来有点高大上,对吧?但它就像我们平时给手机贴个膜、给锅铲换个耐用的涂层一样,目的就是让某些东西变得更耐用、更坚固,甚至能抵挡极限的环境条件。
你说,咱们日常生活中不就是经常希望东西不容易坏掉吗?无论是吃的、用的,还是做的东西,都希望它们能经得起时间的考验,对吧?这立方氮化硼涂层,不就是帮我们解决这个问题的利器嘛。
想象一下,立方氮化硼就像一个超级战士,它不仅硬,还是个耐高温的超级英雄。
你可以把它想成一个外衣,披在那些需要长时间耐磨、耐高温的材料上。
比如说,那些高科技的工具、设备,甚至是某些尖端的电子元件,只有这种涂层才能保护它们免受外界各种压力的侵害。
就像你去滑雪穿的护具,没人愿意在冰天雪地中摔个大跟头对吧?这立方氮化硼涂层就能确保你在恶劣的环境下也不容易被摔坏。
说到涂层的制备,你可能会想,怎么弄出这么神奇的东西呢?其实也不是啥高深的黑科技。
最常见的制备方法就是通过化学气相沉积(CVD)或者物理气相沉积(PVD)等技术。
简单来说,这些方法就是把氮化硼分子送进一个高温高压的环境中,利用气体的方式让它们慢慢沉积到目标表面。
听起来是不是有点像给墙上刷涂料?不过,这个涂料可是比普通涂料要复杂得多,它不仅得耐高温、耐磨损,还得在各种极限条件下“稳如老狗”。
你别看这种涂层制备工艺看起来简单,实际上也是个需要精准控制的技术活。
温度、压力、时间,哪一样稍有不慎,涂层的质量就会大打折扣。
涂得好,你的工具就能像拿到了“护身符”一样,扛得住高温、抗得住磨损,绝对是个高性价比的保护层。
但要是涂层有瑕疵,那就像给手机贴膜时中间起了个泡,直接影响效果,结果可能就是让设备早早“退休”。
立方氮化硼涂层的应用远不止这些高端工具、电子元件,它在一些特殊行业的表现也是杠杠的。
比如在军事、航空航天等领域,立方氮化硼涂层能够帮助一些设备更好地抗击高压环境,保持稳定运行。
就像你去健身房,穿上了专业的运动鞋,跑得又快又稳。
立方氮化硼的合成
筛分、选形
• 将纯净的立方氮化硼整形。整形后要进行 筛分、选形等处理,从而得到不同型号的 立方氮化硼晶体。 • 同学们,本堂课讲到这里,下课!
由于制备工艺的不同,氮化硼的结晶程度可在二维至三 维有序结构(包括中间结构)的很宽的范围内变化。为了表 征氮化硼的三维有序化程度,通常采用Thomas等人定义 的描写三维有序化的石墨化指数G.I表示。定量计算可用 式(14-2)计算。
• 式中:G. I—类石墨结构的BN样品的结晶 化程度—三维有序程度。S—X射线衍射图 上各个特征反射峰(100)、(101)、(102)的 面积。
去除六方利用比重不同,采用选矿的方法。 碱处理HBN和叶蜡石:低温熔融态的K、Na等金属的氢 氧化物可以溶解HBN,而对CBN没有影响。
为防止温度高时腐蚀CBN,可用混合碱以降低熔点。 NaOH:KOH =1:2质量比混合碱,它们各自的熔点分别为 360℃和320℃,混合后熔点300℃,碱处理后用水洗去溶 解物,并酸洗至中性,即得CBN。 如果触媒为可溶性触媒,如硼氮化物、氮化物,则提 纯工艺有所不同。 首先将试料粉碎,然后将粉碎的试料放入热水中浸泡, 并不时搅动。这样对使用上述触媒时,可将试料化开。由 于立方氮化硼比重较六方氮化硼大,立方氮化硼会在溶液 中沉淀,留在容器的最下部。当沉淀一定时间后,可将上 部不含立方氮化硼的溶液倒掉。将剩余的料加水煮沸,重 复上述过程,这样可以去掉大部分六方氮化硼粉。
• 这里要注意的是结晶程度! 结晶程度高的六方石墨化度高,经我们实 验,结晶程度高的六方氮化硼有以利于生 长优质CBN,为什么与上面书本上讲的不 一样呢???大家请课后思考。
触媒材料
• 能够合成CBN的触媒材料是多种多样的,这与合成金刚石通常采用周 期表中过渡金属及其合金作触媒N,发现不行,转而寻求其他材料。 • 合成CBN的触媒金属或合金元素遍及周期表中的各个区域,包括s区、 d区、ds区和p区,甚至发现某些非金属化合物也能成功地使HBN转化 成为CBN。 • (1)碱金属、碱土金属及其氮化物,如Li、Mg、Ca、Mg3N2等。 • (2)碱金属、碱土金属的硼氮化物,如Mg3B2N4、Ca3B2N4等。 • (3)铝基合金触媒,如 Al-Si、A1-Ni、Al-Cr、Al-Mn、Al-Co等。 • (4)尿素及某些铵化物触媒,如硝酸铵、硼酸铵等。 • (5)水作触媒,其特点是生成的CBN很细。 • (6)周期表中IVB、VB、VIB、VIIB族过渡金属的硼化物、氮化物、硅 化物等作触媒。 • 其中,IA、IIA族元素,和Sn、Pb、Sb以及它们的氮化物作触媒所合 成的CBN呈黑色,而金属硼氮化物触媒所合成的CBN为琥珀色、浅黄 色甚至无色。
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c - BN 薄膜生长机理
离子能量被薄膜内声子吸收产 生温度峰值,这导致局部区域内 的高温和高压,在极短暂的时间 内很快淬火,那么此能量有助于 形成c - BN 相
离子轰击在薄膜内产生明显的收 缩应力。BN 材料内受离子轰击 使局部区域应力状态发生变化, 在此状态下c - BN 处于平衡态, 因而形成c - BN 相
立方氮化硼的制备
指导老师:乐永康
实验者:赵凯
立方氮化硼薄膜在薄膜应用领域具有重要的技术潜力
宽光学带隙6. 5 eV ,优良的热导率,可掺杂为N 型、P 型半导体 高温下强的抗氧化性能(1 300 ℃以下不易氧化)
很高的硬度, 是超硬保护涂层的较佳选择材料。
很好的透光性, 本身高硬度,是光学元件良好的保护涂层。
c-BN/%
c-BN相对含量随衬底温度变化
N2=10% N2=7.4%
应力随衬底温度变化情况
20 18 16 14
应力/GPa
N2=10% N2=7.4%
50 40 30 20 10 0 300 350 400 450 衬底温度/℃ 500
12 10 8 6 4 2 0 300 350 400 450 衬底温度/℃ 500
衬底
氮 配溅 气 适射 器电 源
机 械 泵
靶 材
分 子 泵
档 板
配偏 适压 器电 源
氩 气
N2=7.4%时c-BN生长情况
c-BN相对含量随衬底温度变化情况
80 70 60 50 40 30 20 10 0
衬底上h-BN和c-BN有相近的红外灵敏因 子,所以c-BN的含量可以表示为 P=I1065/(I1065+I1380)
350 400 450 500
c-BN/%
衬底温度/℃
c-BN应力随衬底温度变化情况 14 12 10 8 6 4 2 0
内应力/GPa
Ulrich等的实验中,以1053cm-1为 无应力状态,测出波数对应力漂移率 为1.8cm-1/GPa,所以应力 f=(x-1053)/1.8 GPa
350 400 450 衬底温度/℃ 500
结论
• 在射频溅射生长c-BN时,最适合生长的衬
底温度和N2含量有关,适当增加N2含量可 以降低最适衬底温度。
• 在最适衬底温度下生长的c-BN薄膜不但含
量较高,而且应力较低。
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N2=7.4%c-BN的红外吸收谱
N2=10%时c-BN生长情况
100 80
c-BN/%
60 40 20 0 300 350 400 衬底温度/℃ 450 500
2050 400 衬底温度/℃ 450 500
N2=10%c-BN的红外吸收谱
90 80 70 60