新型亚超硬—超硬材料与硬-超硬材料晕圈图的研究

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1、第22卷第3期超硬材料工程Vo1．222010年6月SUPERHARDMATERIAIENGINEERINGJun．2010新型亚超硬～超硬材料与硬一超硬材料晕圈图的研究①方啸虎。，刘瑞平(1．中国矿业大学(北京)，北京100083；2．上海琦实超硬材料有限公司，上海201108)摘要：文章介绍了亚超硬一超硬材料的研究进展，并从配位场理论和原子结构等方面对金刚石的高硬度、高强度进行了探讨，并对硬一超硬材料晕圈图进行了补充和修正，以期指导今后其他超硬材料的研究开发。关键词：亚超硬一超硬材料；配位场理论；晕圈图中图分类号：TQ164文献标识码：A文章编

2、号：l673—1433(2010)03-0039—04Newinferiorsuperhard-superhardmaterialsandhalomapofhard-superhardmaterialsFANGXiao—hu．LIURui—ping(LChinaUniversityofMining＆Technology，Beijing100083；2．ShanghaiQishiSuperabrasivesCo．，Ltd，Shanghai201108)Abstract：Thedevelopmentofnewinferiorsuperhard——sup

3、erhardmaterialswereintroduced，andthereasonsofhighhardness，highstrengthofdiamondwerediscussedfromthepointofligandfieldtheoryandatomicstructure，andthenhalomapofhard—superhardmaterialswassupplementedandcorrected，inordertoguidethefutureresearchofothersuperhardmaterials．’Keywords：n

4、ewsuperhardmaterials；ligandfieldtheory；halomap1引言硬材料一直是一个极具挑战性的研究课题，特别是硼、碳、氮元素构成的化合物被认为是潜在的超硬材金刚石和cBN是两种广泛应用的超硬材料，50料。但到目前为止，只有cBN能够与金刚石相媲美。多年前在高温高压下相继人工合成了金刚石和cBN，可是经过长时间的探索，人们发现可以从晶体化学角度解决该问题：构建具有较小摩尔体积、键长短、键能它们具有相同的闪锌矿结构和相似的性质，而且都是从具有相同六角网平面结构的石墨和hBN转变得到高的共价材料，这或许是今后有可能取得进展

5、的方法。的。金刚石的硬度LgcBN高，适于加工非金属脆硬材料，但cBN的热稳定性和化学惰性优于金刚石，适于加工铁系淬硬金属。2新型亚超硬一超硬材料从上世纪8O至9O年代后不断报道研制出更硬的、超过金刚石的新材料。文献[1—2]也专题研究过2．1B—C—N体系超硬材料类似问题。应该说，寻找与金刚石硬度相近的新型超笔者与卢照田在上世纪7o年代就开始注意B—C①收稿日期：2O1o—O5—25作者简介：方啸虎(1939一)，男，教授，博士生导师，长期从事超硬材料合成理论和工艺的研究，发表论文多篇。出版专著多部。39一N体系超硬材料的发展，并做过一些讨论，提

6、出了比较强，而键的相对方向性对材料的硬度影响比较BCN新型超硬材料的设想。在9O年代编著的《超硬大。它们的理论硬度值(均为86GPa)要比立方氮化硼材料科学与技术》专著中就较为详细地阐述了新超硬的硬度大，接近金刚石的硬度或说略低于金刚石，这材料BCN，希望能得到一种既具金刚石特性，又具立是我们要注意的动向。方氮化硼特性的三元单晶体。我们对它的理论分析及2．2BxO型超硬材料可能的结构状态作了较详尽的描述。1981年苏联学在已知物质中，硼的摩尔体积(5cm。)与金刚石者以量子化学为基础，根据电子结构的相似性也作出(3．4cm。)和立方BN(3．5cm

7、。)最为接近。过推断。同年，波兰科学家以气相沉积法得到了石墨硼的热力学稳定形式8一菱形，硼是由二十面体一hBN结构的混晶，把它置于14GPa和约3300K的组成的具有疏松密堆积结构的复杂晶体，由于其缺电超高温高压条件下合成，得到了类金刚石一cBN结子结构，将氧溶入—B所得的填隙化合物会更加致构的混晶，但是由于当时感到这种合成与产业化有较密、强度也更高。因此基于硼的超硬材料就引起人们大的距离而没有推广。今天的技术水准与当时来说发的关注。虽然硼通常为4-3价，但在适当条件下也可生了极大的变化，能否重新认识此问题是值得注意形成价态低于4-3的B／0二元化

8、合物BxO(x=2～的!22)[3-43，这类物质通常称为富硼氧化物或氧化亚硼，众所周知，金刚石的硬度~LcBN高，适于加