纳米孪晶立方氮化硼超硬结构和性能的缘起

关键词 立方氮化硼|2019-04-01 09:56:35
摘要 拥有极高硬度、韧性和稳定性的纳米孪晶立方氮化硼(nt-cBN)在材料领域备受关注。2014年,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君教授领导的研究小组与多家科研机构合作...

       拥有极高硬度、韧性和稳定性的纳米孪晶立方氮化硼(nt-cBN)在材料领域备受关注。2014年,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君教授领导的研究小组与多家科研机构合作,利用高温高压技术成功合成出超高硬度(硬度两倍于天然金刚石)的纳米孪晶结构立方氮化硼块材。相关研究成果发表于Nature上。

        近日,田永君教授团队在Science China Materials上发表研究论文,他们发现nt-cBN的组织结构和机械性能与合成过程中使用的前驱物洋葱式氮化硼(oBN)的粒径变化密切相关。随着前驱物oBN的粒径从~320 nm减小到~90 nm,合成的纳米结构块材的硬度从61 GPa逐渐提高到108 GPa。表明大粒径的oBN拥有和普通六方氮化硼类似的平整、有序的外层结构,这与小粒径的oBN纳米粒子中存在大量弯曲、褶皱的氮化硼原子层及高密度层错的结构特点形成鲜明对比;大粒径oBN前驱物中的这些有序结构显著减少了最终产物中超细孪晶亚结构的含量,从而导致相应产物硬度的下降。

        本研究表明,只有粒径足够小的oBN前驱物才能合成出拥有高密度超细纳米孪晶结构且性能优异的nt-cBN。为进一步提高此类纳米孪晶材料的性能提供了一种切实可行的方案。

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图1 cBN的微观结构。

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图 2 cBN在不同压力下的维氏硬度。

     该研究成果最近发表于Science China Materials, 2019, doi.org/10.1007/s40843-019-9409-1


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