一、Mg_3N_2和Mg_3B_2N_4触媒的研究（论文文献综述）
李启泉,孙湘东,刘书锋,张旺玺,崔卫民[1]（2021）在《镁基触媒合成立方氮化硼的研究》文中研究指明采用金属镁粉与六方氮化硼（HBN）为原料,按质量比1∶1的比例混合均匀后在700℃温度下进行氮化处理,得到氮硼化镁混合物,将其作为触媒和六方氮化硼在高温高压条件下合成立方氮化硼（CBN）。实验结果表明,氮硼化镁与1 500℃条件下制备的HBN可合成出单产高、粗颗粒比例高的CBN单晶,其80/100粒度单晶冲击强度（TI值）可达到51.3%。
蔡立超[2]（2021）在《优质粗颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺与机理研究》文中指出立方氮化硼（Cubic Boron Nitride,简称c-BN）单晶的硬度仅次于金刚石单晶,具有良好的热稳定和抗氧化性能,并在黑色金属、高温合金和冷硬铸铁等难加工材料方面表现出优异的加工性能。优质粗颗粒c-BN单晶的应用价值更高。但是由于合成工艺研究不透彻和合成机理不明确,≥50目的优质粗颗粒c-BN单晶的制备仍较为困难。在工业上合成c-BN单晶最常用的方法是高温高压触媒法,采用的原料为六方氮化硼（Hexagonal Boron Nitride,简称h-BN）。探索c-BN单晶/触媒层界面物相的高温高压反应机理对合成优质粗颗粒c-BN单晶具有重要的理论指导意义。本文在国产六面顶合成压机上系统进行了 c-BN单晶的高温高压合成实验研究,批量获得了≥50目的优质粗颗粒c-BN单晶,并基于Li3N+h-BN体系对优质粗颗粒c-BN单晶合成机理进行了物理表征和理论计算,为工业化生产奠定了坚实的应用基础。本文利用扫描电镜和原子力显微镜观察了 c-BN单晶/触媒层的组织形貌;利用X射线衍射分析了 c-BN单晶外围触媒层中的物相组成;利用高分辨透射电镜分析了触媒层的微区形貌及物相;使用俄歇电子能谱分析了触媒层中B、N原子的电子结构及其分布规律;利用第一性原理计算了 h-BN/c-BN的相变共存点和Li3BN2的相变点,并计算了各相的表面能。综合物理表征和理论计算结果,揭示了优质粗颗粒c-BN单晶的合成机理。基于前期的工艺实验和机理研究,对原材料的指标进行了进一步优化,有效控制了高温高压的触媒组织,采用新的优化合成工艺批量合成出了≥50目的优质粗颗粒c-BN单晶。通过不同触媒体系的对比实验结果表明,Li3N+h-BN体系合成出的c-BN单晶转化率最高,单晶颗粒的粒度最粗,晶体形状相对最好。因此,Li3N+h-BN体系最适于合成优质粗颗粒c-BN单晶。基于Ca3N2+h-BN体系合成出的c-BN单晶,产量和转化率较低,粒度较细,晶体表面存在结晶缺陷。采用Mg3N2+h-BN体系合成出的c-BN单晶,产量和转化率最低,粒度最细,晶体生长不完善。本文通过优化对比实验研究,确定选择Li3N+h-BN体系作为重点研究对象,针对优质粗颗粒c-BN单晶的合成工艺开展了进一步的优化实验研究。通过对Li3N+h-BN体系进行系统的综合实验,确定出优化的合成工艺为:粒度为140/200目的Li3N作为触媒（Li3N添加量为10wt%）,100/120目的c-BN微粉作为籽晶（籽晶添加量为4wt%）,余量为h-BN;按照缓慢升压、功率平稳分布以及15min加热时间的高温高压合成工艺曲线（其中合成功率为4890W,合成压力为95MPa）,合成出的30/50目c-BN单晶占比可达56.8%。c-BN单晶的晶体完整度高、晶面平整、结晶质量好。合成出的优质粗颗粒c-BN单晶的强韧性测试结果表明,其静压强度可达48N,冲击韧性可达49%,强韧性指标均超过国家标准。根据“淬火”后的c-BN单晶及其触媒层表征分析结果能够发现,针对优质的粗颗粒c-BN单晶而言,其裸露面主要是（110）晶面,有些单晶的表面会呈现出多种形态特征,包括杂质颗粒、片层结构、三角孔洞以及大台阶结构。c-BN单晶的生长主要有二维形核生长及螺型位错生长方式。在触媒层样品当中所具备的物相结构包括h-BN、Li3BN2以及c-BN等,此外还有小部分杂质,没有观察到Li3N。通过针对不同触媒层微区进行观察可知,触媒层中存在结晶度较好的h-BN结构、结晶度较差的立方相BN结构、无定型态的BN结构以及无定型态BN结构中的纳米级立方BN结构。对比触媒层各层的AES（俄歇电子能谱）图谱可知,触媒层各层当中的AES图谱都会有B、N原子之下的sp2与sp3杂化态谱峰。而触媒层里面的B、N原子对应sp3杂化态之峰强会呈现出由外至内依次加强的特征,至于B、N原子对应的sp2杂化态之峰强则是呈现出由外至内依次趋弱的特征。据此能够确定,触媒层自外至内,立方相BN结构的含量越来越多。采用基于利用第一性原理的计算方法对触媒层中的主要物相进行了热力学计算。相图结果显示,h-BN转化成c-BN之相变共存点对应位置的温度与压强都比会Li3BN2出现相变的位置低。Li3BN2在整个合成过程中会稳定存在。c-BN的（110）晶面具有最低的表面能,因而优质粗颗粒c-BN单晶的裸露面应以（110）面为主,这也与形貌观察的结果相吻合。Li3BN2的（100）晶面具有最高的表面能,能够成为体系中其它相的微小基元聚集的基底。结合物理表征和理论计算结果,可以为分析优质粗颗粒c-BN单晶的生长机理和Li3BN2在高温高压下促进h-BN向c-BN转变的理论模型提供重要的实验依据及理论支撑。熔融态Li3BN2的（BN2）3-和Li+会破坏h-BN层与层之间的范德华键,使h-BN分解为更小的BN团簇,这些BN团簇具有低聚合度。Li+通过得失一个电子的方式,使B、N原子间之间实现电子转移,使BN团簇转变为具有sp3杂化态的c-BN生长单元。在Li3BN2的作用下,h-BN不断转变成c-BN生长单元,并向籽晶表面不断堆积,促使晶体持续生长。Li3BN2的（100）面有利于c-BN生长基元的聚集,加快生长基元向籽晶表面堆积的速度。基于c-BN单晶的合成机理分析,粒度更细的h-BN与触媒的接触面积更大而且被分解为BN团簇的速度更快,更适合用于优质粗颗粒c-BN单晶合成。将原材料h-BN的粒度细化,粒度中位径D50由7～9μm调整为2～4μm,并按照进一步优化的合成工艺进行了 c-BN单晶的高温高压合成实验,批量得到了强度指标更好的粗颗粒c-BN单晶。c-BN单晶静压强度达到50N,冲击韧性达到51.5%。表征结果表明,c-BN单晶外围管状触媒组织与前期实验得到的管状触媒组织基本相同,实现了触媒组织的有效控制和得到了新的优化合成工艺,为优质粗颗粒c-BN单晶的工业化生产提供了重要的实验基础和理论依据。
魏征[3]（2020）在《大单晶立方氮化硼的高温高压制备与表征》文中研究指明立方氮化硼（cBN）是一种硬度仅次于金刚石的超硬材料,具备多种优异的性能。作为重要的超硬半导体材料,cBN的单晶制备技术远远落后于金刚石,严重地阻碍了它在精密加工、第三代半导体、以及光谱器件上的应用和发展。为此,发展立方氮化硼大单晶制备技术迫在眉睫,也是我国超硬刀具技术实现突破的重要契机。因此,本项目拟发展立方氮化硼单晶的高温高压合成技术,突破现有技术与原理的瓶颈,发展cBN单晶高压合成方法与工艺,以制备出高品级大尺寸的cBN单晶体,为发展第三代半导体、光学器件和量子芯片等提供重要的材料载体。同时,就掺硼金刚石加热器的制备做了相应的研究,以期制备出超高温的掺硼金刚石加热器,以突破Kawai型（6-8式二级加压）高温高压装置的温度极限,为原位X射线观察提供便利,也为高压下材料的合成和研究提供实验设备支持。本文依托于国产DS6×10 MN铰链式六面顶压机,以hBN粉末作为主要原料,选取Mg3N2作为触媒材料,进行一系列合成cBN单晶的方法和工艺研究。主要研究内容为:cBN单晶的制备与提纯;研究不同合成工艺参数对cBN晶体合成效果的影响以及采用新型组装方式合成毫米级cBN单晶,为cBN单晶的工业化生产提供实验和理论基础。此外依托于德国沃根瑞特公司的Kawai型高温高压装置,制备超高温掺硼石墨加热管,并对其高温性能进行测试,以期突破二级加压高温高压装置3000℃温度极限。本文主要得到了以下结论:采用Mg3N2作为触媒材料,成功利用国产DS6×10 MN铰链式六面顶压机合成出了cBN晶体,且通过采用不同的合成工艺,确定了cBN单晶最佳合成工艺参数。通过3组对比实验,确定合成cBN单晶最佳的合成压力为5.5 GPa、合成温度为1500℃、合成时间为60 min,在该条件下,合成的cBN单晶产量达到了近90%,尺寸达到了600μm;且采用新型分层组装方式合成出了毫米级cBN单晶,最大单晶尺寸达到了1.5 mm,单晶的维氏硬度为53 GPa。通过自主研制的石墨加热器,成功突破了Kawai型高温高压装置的温度极限。研制的新型掺硼石墨加热器配合自制MgO八面体传压介质和Cr O保温介质,成功将二级高压腔体内部温度加热至接近2000℃,并且通过外延法得到,新型二级高压加热组装可以成功实现3000℃的高温,且加热效率高,加热过程稳定,为接下来新型材料和超硬材料的合成制备和研究提供了良好的条件和支持。
吕美哲[4]（2019）在《立方氮化硼单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理》文中研究说明在工业上合成立方氮化硼（c-BN）单晶,最常用的合成方法是高温高压触媒法。明确c-BN单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理对合成大颗粒优质的磨料级c-BN单晶有重要指导意义。本文通过“淬火”,最大程度地保留c-BN单晶在高温高压下的形核和生长信息。将合成块进行破碎后发现,c-BN单晶被一层白色粉末状物质包裹。本文将距离c-BN单晶表面30～0 μm范围内的包裹物定义为触媒层。将距离c-BN单晶表面30～20 μm、20～10μm和10～0μm范围内的包裹物分别定义为触媒层外层、中间层和内层。本文使用的c-BN样品均是采用以h-BN作为初始原料,以Li3N作为触媒,在高温高压条件（1700 K,5.0 GPa）下合成的,所有理论计算体系也是基于Li3N-BN体系。本文利用X射线衍射和高分辨透射电子显微镜表征c-BN单晶/触媒层界面的物相结构。利用俄歇电子能谱和电子能量损失谱定性和定量分析B、N电子结构在c-BN单晶/触媒层界面的变化规律。利用固体与分子经验电子理论（EET理论）计算c-BN单晶/触媒层界面存在的主要物相h-BN、c-BN和Li3BN2的价电子结构,揭示h-BN/c-BN和Li3BN2/c-BN在高温高压下发生相变的可能性。利用第一性原理热力学计算h-BN/c-BN的相变共存点和Li3BN2的相变点。综合实验表征和理论计算结果,分析c-BN单晶在高温高压下的相变机理。利用扫描电子显微镜和原子力显微镜分析c-BN单晶表面形貌和缺陷特点,结合第一性原理表面能计算分析c-BN单晶的生长过程。综合表征实验和理论计算结果,分析Li3BN2在高温高压下的催化方式。对c-BN单晶/触媒层界面的物相结构表征结果表明:触媒层样品中存在的主要物相结构为h-BN、c-BN、Li3BN2和少量杂质。另外,在触媒层中未发现Li3N的存在。在不同的触媒层微区发现不同的BN结构形态,存在有序度较高的h-BN结构、多种不同缺陷程度的h-BN结构、无序态的BN结构、以及在无序态BN结构中观察到的立方相结构。对c-BN单晶/触媒层界面的电子结构进行表征,发现触媒层中B、N原子的sp2杂化态的俄歇峰强度从触媒层外层到内层逐渐减弱,而sp3杂化态的俄歇峰强度从外层到内层逐渐增强。触媒层外层中,B-π*特征损失峰具有较高的强度,在触媒层内层中,B-π*特征损失峰强度锐减。触媒层中B-sp3的含量从外到内层的比例分别为10.11%、14.67%和22.85%。这说明在触媒层中BN结构由sp2π六方逐渐向sp3σ立方结构转变。利用EET理论对c-BN单晶/触媒层界面物相的计算结果表明:在c-BN单晶合成温度和压强下,h-BN、c-BN和Li3BN2结构均可存在。Li3BN2结构的最强键的共价电子密度和键能均大于h-BN,说明在高温高压条件下Li3BN2比h-BN更稳定,向c-BN晶体转变的可能性更低。h-BN/c-BN之间存在电子密度连续的晶面,而Li3BN2/c-BN之间不存在符合电子密度连续的晶面。这表明c-BN单晶是由h-BN直接转变而来,而不是由Li3BN2分解而来的。利用第一性原理对c-BN单晶/触媒层界面物相的计算结果表明:从热力学的角度分析,h-BN转变为c-BN的相变共存点处的温度和压强低于Li3BN2发生相变的温度和压强。表明h-BN向c-BN转变时,Li3BN2能够稳定存在,这与EET理论价电子结构的计算结果一致。对c-BN单晶生长过程的研究结果表明:c-BN单晶的裸露面为（111）晶面,单晶表面存在杂质颗粒、三角孔洞、片层结构和大台阶结构等多种缺陷。这表明c-BN单晶生长过程中存在二维形核生长、位错生长等多种方式。计算h-BN、c-BN和Li3BN2在高温高压下的主要低指数晶面的表面能,c-BN的（110）晶面具有最低的表面能。表面能越低,晶面电子密度越高,晶面越稳定,表面能的计算结果与价电子结构的计算结果一致。Li3BN2的（100）品面具有最高的表面能,能够成为c-BN形核和生长的基底。结合实验表征和理论计算结果分析,提出了 Li3BN2在高温高压下催化h-BN向c-BN相变的理论模型。Li3BN2的（BN2）3-侵入六方相使h-BN降为低聚合度的BN团簇。Li+能够吸引N原子的一个外层电子,将其转移到B原子的空轨道上,从而完成B、N原子间电子的转移,形成sp3态的c-BN生长基元。与Li3BN2接触的h-BN不断转变成c-BN生长基元。c-BN生长基元通过不断聚集、碰撞形成c-BN晶核。Li3BN2的（100）晶面具有比其它品面更高的表面能,在c-BN形核后,作为c-BN单晶的生长基底促进单晶的继续生长。
王艳芝,张旺玺,孙长红,梁宝岩,李启泉,穆云超,孙玉周[5]（2018）在《氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展》文中研究表明六方氮化硼（hBN）、立方氮化硼（cBN）和聚晶立方氮化硼（PcBN）等系列氮化硼材料,具有优异的耐热、高硬度等多种物理性能,应用领域广阔。hBN有许多产品形态,如微粉、纤维、陶瓷、薄膜和纳米材料等。hBN可以通过添加触媒,采用静态触媒法超高压高温合成cBN,cBN是硬度仅次于金刚石的超硬材料。利用cBN的超硬特性,cBN经超高压高温再进行烧结,制备PcBN,得到理想的机械加工刀具材料。以hBN、cBN和PcBN三种主要氮化硼系列材料为研究对象,综述了氮化硼系列材料的合成制备方法、性能及应用研究进展。建议重点研发的相关课题有:hBN、cBN和PcBN之间的关联性转变、hBN的绿色合成、粗粒度cBN的合成,以及高韧性PcBN的合成等。
林树忠[6]（2017）在《高温高压合成优质立方氮化硼的结构和工艺研究》文中提出立方氮化硼（cBN）是人工合成的一类新型超硬材料,其硬度仅次于金刚石。它不仅具有很高的硬度,而且具有比金刚石更高的热稳定性和对铁族金属及其化合物的化学惰性,作为工具材料,它已经广泛用于黑色金属及其合金的加工工业。cBN还具有一些金刚石没有的性能,如优异电学、热学和光学性能,在许多高科技领域得到应用。因此,cBN被称为二十一世纪最具发展潜力的材料之一。本文以高纯hBN粉末为原料,以Li3N粉末为触媒,在六面顶压机上进行了高温高压合成cBN单晶的一系列实验。主要研究内容包括:进一步优化cBN合成块的组装结构;研究不同压力和功率工艺曲线对cBN单晶产量、粒度和粒度分布等的影响,进一步优化了 Li3N-hBN体系的合成工艺,为进行工业化生产提供了很好的实验基础。本文主要得出以下结论:结构方面:通过在cBN组装块中添加绝缘杯的方式,提高了合成棒外围的合成效率。cBN晶体的单块产量由18.2%提高至22.5%,同时合成棒中cBN晶体分布也很均匀。通过增加芯柱的造粒次数和压制次数,明显提高芯柱的密度,由1.25g/cm3提高到1.49g/cm3。在相同的温度和压力条件下,芯柱密度越高,合成的cBN单晶的单块产出也越高。考虑到增加造粒次数和压制次数会增加制造成本,本论文中最优化压制工艺方案为:首先将混合材料进行四次造粒成均匀的小颗粒,然后将小颗粒材料再进行二次压制成一定尺寸的圆柱形芯柱。工艺方面:优化了合成中期的压力平台阶段,通过缩短升压时间,即快速升压力到预定压力,有利于cBN单晶快速均匀地集中成核。具体体现在:单块产出提高,提高了 21%;粒度集中度有显着提高。本实验中较合适的压力平台阶段工.艺为:总时间80s,快速增压阶段时间为5s,保压时间为75s;优化了合成后期的压力阶段,通过采取缓慢升压的方式,即从合成压力缓慢升到最终压力,有利于cBN单晶的合成,具体体现在:在保证合成单晶质量的前提下,提高cBN单晶的粒度,且单块产出提高了 28.1%。而通过快速升压然后保持恒定的方式,虽然也能够提高cBN单晶的粒度,但不利于cBN单晶的质量的提升。优化了合成中期的功率阶段,采用快速提升功率到预定功率后再保持恒定的方式,提高cBN单晶的合成质量,具体体现在:在保证合成单晶正常生长的前提下,提高cBN单晶的质量。
时永鹏[7]（2017）在《基于研究cBN单晶转变的晶面能计算及晶面形貌表征》文中研究说明立方氮化硼（cBN）是一种具有sp3杂化共价键的超硬材料,结构类似于金刚石,其化学惰性与热稳定性优于金刚石。cBN有着诸多优点,比如较高的材料硬度、出色的化学惰性以及优异的热稳定性等,因而cBN在光学器件、电学元件、制造加工等诸多领域拥有诱人的应用潜力。然而,目前对于大颗粒cBN单晶仍难以获得,除了合成设备的影响外,缺乏cBN单晶转变机理的理论指导可能是制约获得高品质大颗粒cBN单晶的主要原因。本文主要采用分子动力学的第一性原理的理论计算方法,结合晶面形貌表征技术研究cBN单晶转变机理。采用分子动力学第一性原理研究物质的转变机理在材料科学中已得到广泛应用,但在cBN单晶合成过程里未应用的原因主要是因为合成条件极端以及转变过程不确定。通常,低指数晶面在相变过程中转变倾向大,因此本文利用VASP软件包模拟cBN单晶合成环境,对hBN与cBN的低指数晶面的晶面能进行了计算,从晶面能的角度探究cBN单晶的转变机理。而晶面能量与cBN单晶的晶面形貌特征存在直接关系,对cBN单晶晶面形貌进行表征,能够验证理论计算的可靠性,同时利于研究cBN单晶转变机理。计算物相晶面能需要相应条件下的晶格常数。在温度与压强发生变化的情况下,晶体的晶格常数也会随之变化,为保证晶面能计算精度,就不宜采用常温常压下的晶格常数。本文首先使用了PAWGGA和USPPLDA方法计算了hBN和cBN在1800K,5.5GPa和2000K,6.0GPa下的晶格常数。在1800K,5.5 GPa条件下,hBN晶格常数为a=0.244760nm,c=0.643217nm,cBN单晶的晶格常数为a=0.358328nm;在2000K,6.0GPa条件下,hBN的晶格常数为a=0.244174nm,c=0.639819nm,c BN单晶的晶格常数为a=0.358292nm。计算hBN与cBN低指数晶面的晶面能,采用MS软件建模,需要对模型进行截断能、k-mesh等收敛性测试,目的是平衡计算精度与成本。经计算,在1800K,5.5 GPa条件下,hBN（110）、（100）及（001）晶面的晶面能分别为0.200eV、0.427 eV、0.336eV,cBN（110）、（100）及（111）晶面的晶面能分别为0.220 eV、0.430 eV、0.410 eV;在2000K,6.0GPa条件下,hBN（110）、（100）及（001）晶面的晶面能分别为0.221 eV、0.444 eV、0.354 eV,c BN（110）、（100）及（111）晶面的晶面能分别为0.2501 eV、0.4361eV、0.4751 eV。由此,hBN晶体的（100）晶面与cBN单晶的（100）晶面的能量连续,根据H-K理论和TFDC理论可知,hBN可向cBN方向发生直接的相转变。因此,从晶面能角度分析,在hBN-Li3N体系中hBN在高温高压下很有可能直接转变成cBN单晶。本文采用hBN为原料,其纯度达到99%,Li3N为触媒（hBN与Li3N的质量分数比为9:1）,本文选择在1800K,5.5GPa下合成出cBN单晶,这是因为本文在VASP软件进行晶面能理论计算时设定了该合成条件,保持试验与理论计算部分合成条件一致。采用SEM对cBN单晶的典型晶面进行表征分析,发现在本文实验条件下合成出的cBN单晶的晶面致密,表面光滑,杂质及生长缺陷较少,其晶形多为典型的三角形（111）晶面和六边形的(110晶面。结合第一性原理的计算结果,发现理论计算分析与测试表征所得结论相吻合,表明本文理论计算结果较为可靠。利用AFM对cBN单晶的（111）晶面进行了微观形貌表征,发现cBN单晶的（111）晶面形成台阶,大量的cBN生长基元在此聚集（这与其能量较高有直接关系）,由此表明,cBN单晶生长机制为沿（111）晶面垂直方向呈台阶式生长。根据上述理论计算与测试表征结合分析,高温高压下hBN直接转变成cBN相,本文的结果与结论支持了固相直接转变这一学说。
苏海通[8]（2016）在《大颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺研究》文中研究指明立方氮化硼（cBN）具有超高的硬度、优异的热稳定性、化学惰性及耐化学腐蚀性等特性,自首次合成以来便得到了迅速的推广与应用。作为21世纪最重要的应用材料之一,cBN必将对磨削、切削技术带来新的革命。虽然目前我国已成为cBN合成大国,但相比于英美等科技大国,我国的cBN合成技术仍然比较落后,只能合成出低等级cBN单晶,而高品级cBN磨料主要依赖进口。进行大颗粒cBN单晶合成工艺的研究将有利于cBN材料在磨料行业和其他领域的应用与发展,从而提高我国cBN材料合成技术的竞争力。本文以六方氮化硼（hBN）为原料,以氮化锂（Li3N）、氮化钙（Ca3N2）为触媒,在高温高压条件下合成cBN单晶,通过改变合成过程中的压力、功率和时间等参数,获得了最佳的合成工艺条件。并参考合成金刚石单晶的工艺方法,通过添加籽晶,获得了较大粒度的cBN单晶。本文得到的主要结论如下：（1）在高温高压触媒法合成cBN单晶实验中,通过对不同合成工艺条件下合成cBN单晶的效果对比,得到了优化的工艺曲线,即功率平走-慢超压合成工艺曲线。（2）在Li3N-hBN体系中,采用功率平走-慢超压合成工艺,合成cBN单晶的最佳工艺条件为：合成压力5.0GPa、合成功率5000W、合成时间15min。采用该工艺合成的cBN单晶产量在120ct以上,且粒度大于60目cBN单晶产量占比在16%以上,合成的cBN单晶晶面平整,缺陷较少。测得50/60目粒度cBN单晶的平均抗压强度值为47N,高出相应国家标准（GB/T6408-2003,50/60目：38N）。（3）在Ca3N2-hBN体系中,采用功率平走-慢超压合成工艺,合成cBN单晶的最佳工艺条件为：合成压力4.8GPa,合成功率4700W,合成时间15min。采用该工艺合成的cBN单晶产量在110.0ct以上,且粒度大于80目cBN单晶产量占比在5.5%以上,合成的cBN单晶晶面平整,缺陷较少。测得50/60目粒度cBN单晶的平均抗压强度值为43N,高出相应国家标准。与Li3N-hBN体系相比较,在Ca3N2-hBN体系中合成出的cBN单晶产量和转化率较低,整体粒度也较小,但Ca3N2触媒价格比Li3N触媒便宜,降低了合成成本。（4）采用Li3N-hBN体系+籽晶合成cBN单晶,添加4wt%的100/120目籽晶合成的cBN单晶产量为99.6ct,转化率为33.2%,大颗粒单晶（30/50目）的产量占比为56.8%。测得50/60目粒度cBN单晶的抗压强度值为48N,高出相应国家标准。合成出的cBN单晶为琥珀色,透明度较高,部分尺寸为0.5mm左右,晶形为典型的八面体,晶面多为（111）和（110）面,表面光滑,缺陷较少。该工艺为目前实验研究的最优工艺,适合于工业大规模生产高品级、大颗粒的cBN单晶。（5）采用Ca3N2-hBN体系+籽晶合成cBN单晶,添加4wt%的100/120目籽晶合成cBN单晶的产量为67.1ct,转化率为22.4%,大颗粒单晶（30/50目）的产量占比为14.4%。测得50/60目粒度的cBN单晶的抗压强度值为45N,高出相应国家标准。合成的cBN单晶为浅黄色,透明度较高,部分晶粒尺寸在0.5mm左右。晶形为截角八面体,晶面多为（111）和（110）晶面,表面平整,有少许缺陷。但是与Li3N-hBN体系+籽晶相比,合成cBN单晶的效果较差一些。
位星,张相法,张奎,王永凯[9]（2015）在《高温高压合成毫米级立方氮化硼的研究》文中研究表明采用多元复合触媒,在高温（13001600℃）、高压（67GPa）条件下,合成了毫米级立方氮化硼,使用SEM对其形貌进行观察。试验结果表明:通过晶体自发成核,可以重复实现不同颜色的毫米级立方氮化硼的合成,且合成的晶体完整,表面光洁。
郭晓斐[10]（2015）在《触媒微结构与立方氮化硼单晶催化机理的相关性研究》文中指出立方氮化硼（cBN）具有类金刚石结构,作为一种硬度高、稳定性好的新型晶体材料,其高温半导体特性、高频特性和压电特性不断表现出在现代科学技术发展中的重要作用。目前,采用静态高温高压触媒法合成cBN仍然是工业合成单晶的重要方法,而研究高温高压cBN单晶的催化机理对于指导工业生产优质大单晶具有重要意义。实验发现,在合成后的cBN单晶表面总是覆盖着一层类似于熔融状物质,此物质应为触媒和六方氮化硼（hBN）融合所形成的触媒层。高温高压条件下cBN单晶正是通过触媒层的催化和扩散作用进行形核和长大。研究合成后的cBN单晶触媒层中物相的相互作用对于揭示cBN高温高压催化机理提供了重要的参考依据。本文以hBN为原料,以Li3N为触媒原料进行了高温高压条件下cBN单晶的合成实验。利用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）等表征手段确定了cBN单晶触媒层的表面形貌、物相结构等,并在此基础上利用拉曼光谱仪（Raman）、俄歇电子能谱仪（AES）、X射线光电子能谱仪（XPS）和电子能量损失谱仪（EELS）等对触媒层中B、N原子的电子结构变化规律进行了系统分析,探讨高温高压cBN单晶的催化机理。同时,结合热力学理论计算了cBN合成过程中各反应的自由能变化,从而进一步验证了表征实验的结果,为cBN高温高压催化机理的研究提供了理论依据。此外,从生长动力学角度对cBN单晶的形核及生长与合成条件之间的关系进行了探讨。通过对cBN触媒层的分层XRD实验结果可知,在触媒层中主要物相结构为hBN、cBN、Li3BN2,而在各层中均未发现Li3N的存在。利用HRTEM实验在cBN单晶／触媒层界面中发现了大量的cBN纳米级颗粒。同时,利用TEM在cBN单晶／触媒界面中也发现了cBN聚晶颗粒,并且在界面上发现了hBN的存在,从而提出了cBN单晶应由hBN直接发生结构转变而形成。在高温高压条件下,hBN在触媒层中通过触媒的催化作用完成形核过程,并依靠触媒层中B、N原子的浓度差异进行生长。Raman谱和AES谱的精细结构表明,B原子和N原子的电子结构在触媒层的不同区域是不同的,在B、N原子由扩散方式通过触媒层达到cBN单晶的过程中,B、N原子的性质发生了变化。AES谱显示触媒外层B、N原子的精细结构与hBN相似,而在触媒内层,即靠近cBN单晶处,AES谱图更加接近于cBN单晶,在触媒层中由外到内,具有sp2π杂化特征的俄歇峰强度逐渐减弱。利用XPS和EELS对cBN单晶触媒层中B、N原子的电子结构变化进行定量分析。采用深度刻蚀的方法对触媒层不同深度的B、N电子结构进行分析,发现随着溅射时间的延长,即越来越接近cBN单晶,在主结合能高能端sp2π杂化所呈现的携上伴峰的强度越来越低。利用Gauss/Lorenz混合型函数对深度刻蚀过程中B1s峰进行曲线拟合分峰处理,从而得到在触媒层由外到内,sp2π的含量由61.18%降低到28.24%,而sp3的含量由38.82%增加到71.76%。EELS分层实验结果表明,在cBN单晶触媒层由外到内,sp3-B的相对含量分别是63.47%、67.24%和79.53%。这些结果表明在cBN单晶的生长中,触媒的催化作用逐渐增大,B、N原子的电子构型由hBN的sp2π杂化态逐渐向cBN的sp3杂化态转化。对cBN单晶表面的AFM研究表明在（111）晶面和（100）晶面均存在大量的cBN亚颗粒,并且（100）晶面的颗粒要明显大于（111）晶面。cBN单晶在高温高压下的生长在一定程度上可以看作是这些cBN亚颗粒或原子集团在生长的cBN界面上组合与重新排列的过程。结合SEM结果可知,cBN单晶（111）奇异面存在连续生长的台阶,表明cBN在高温高压条件下以片层机制长大。同时,单晶中位错的存在可以使cBN单晶的生长界面形成连续的螺形生长台阶,这为单晶长大过程提供了大量的台阶源,从而可在较低的合成条件下完成cBN单晶的生长。利用晶体生长动力学理论讨论了临界晶核半径、临界形核功和晶体生长速度随合成压力、温度的变化关系。结果表明：在非均匀形核时,一定温度下,临界晶核半径r*和临界形核功△G*随压力的降低而增大；压力一定时,两者随温度的增加而增加。晶体生长速度与温度、压力呈抛物线规律,其中当合成压力为5.5GPa时,cBN单晶具有最快的生长速度。以相变热力学为理论依据,综合考虑温度、压力对物相体积的影响,计算了Li3N及hBN在高温高压条件下向cBN结构转变的反应自由能变化情况。结果表明,在合成cBN单晶的温度、压力范围内,hBN→cBN反应的Gibbs自由能变化均为负值。Li3BN2→cBN+Li3N反应的△G>0区域呈现“V”形区,这一区域与优质cBN单晶生长的温度、压力区域近似重合,这一结果说明cBN不应由Li3BN2分解产生。从热力学角度来看,Li3BN2的形成降低了hBN向cBN转变所需要越过的势垒,cBN单晶来源应为hBN的直接结构转变,Li3BN2在cBN合成中起到了结构催化作用。结合表征实验结果和理论计算,对cBN在高温高压下的催化机理可作如下分析：hBN是高温高压条件下cBN生长的直接B、N来源,Li3BN2作为触媒可以加速这一过程的实现,为单晶生长的催化相。高温高压条件下,Li3BN2与hBN形成共熔体,Li3BN2中的BN23-离子侵入六方相中,使hBN层间的范德华力受到影响,从而发生滑移或断裂,此时hBN的远程有序结构消失,逐渐降低为低聚合度的BN团簇。与此同时,Li+能够吸引处于高温活跃状态的hBN中N原子中的一个电子,并将其传送给B原子,促使B、N原子的电子结构均变为B、N原子的s轨道上的电子被激发到空的p轨道,形成具有类似sp3杂化状态的BN原子集团。由于熔体内存在能量起伏和结构起伏,合成腔体内温度、压力的微小波动,就会促使sp3-BN原子团聚集、碰撞从而形成cBN单晶结构。同时,由于触媒层内外存在浓度梯度,六方相不断向触媒内层扩散,并不断转化为立方相。随着合成的不断进行,熔体中具有sp3杂化态的BN原子集团数目不断增加,并在已形成的cBN晶面处含量达到最高。在随后的生长过程中,cBN单晶将以片层生长的方式不断长大。
二、Mg_3N_2和Mg_3B_2N_4触媒的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Mg_3N_2和Mg_3B_2N_4触媒的研究（论文提纲范文）
（1）镁基触媒合成立方氮化硼的研究（论文提纲范文）
| 1 实验 |
| 1.1 实验原料 |
| 1.2 CBN的合成 |
| 2 分析与讨论 |
| 2.1 金属镁粉的氮化 |
| 2.2 HBN的表征 |
| 2.3 CBN的检测 |
| 3 结论 |
（2）优质粗颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺与机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氮化硼的晶体结构 |
| 1.3 高温高压法合成粗颗粒c-BN单晶的研究现状 |
| 1.4 c-BN单晶合成机理的国内外研究现状 |
| 1.5 c-BN单晶触媒层组织结构的表征研究 |
| 1.5.1 c-BN单晶触媒层组织形貌和物相结构研究 |
| 1.5.2 c-BN单晶/触媒层界面的电子结构研究 |
| 1.6 第一性原理研究c-BN单晶合成机理的现状 |
| 1.7 本文主要研究内容 |
| 第2章 实验、表征与理论计算方法 |
| 2.1 高温高压合成实验 |
| 2.1.1 合成组装块的尺寸 |
| 2.1.2 合成组装块的制备 |
| 2.2 c-BN单晶触媒层组织形貌与结构表征 |
| 2.2.1 c-BN单晶/触媒层界面的SEM形貌表征 |
| 2.2.2 触媒层物相结构的XRD表征 |
| 2.2.3 触媒层物相结构的HRTEM表征 |
| 2.2.4 c-BN单晶表面的AFM表征 |
| 2.2.5 触媒层结构的AES表征 |
| 2.3 第一性原理计算方法 |
| 2.3.1 密度泛函理论 |
| 2.3.2 赝势平面波法 |
| 2.3.3 VASP软件包 |
| 2.4 c-BN单晶的力学性能测试 |
| 第3章 不同触媒合成粗颗粒c-BN单晶的对比实验 |
| 3.1 Li_3N触媒合成粗颗粒c-BN单晶 |
| 3.1.1 Li_3N+h-BN体系中合成功率对c-BN合成效果的影响 |
| 3.1.2 Li_3N+h-BN体系中合成压力对c-BN合成效果的影响 |
| 3.2 Ca_3N_2触媒合成粗颗粒c-BN单晶 |
| 3.2.1 Ca_3N_2+h-BN体系中合成功率对c-BN合成效果的影响 |
| 3.2.2 Ca_3N_2+h-BN体系中合成压力对c-BN合成效果的影响 |
| 3.3 Mg_3N_2触媒合成粗颗粒c-BN单晶 |
| 3.3.1 Mg_3N_2+h-BN体系中合成功率c-BN合成效果的影响 |
| 3.3.2 Mg_3N_2+h-BN体系中合成压力对c-BN合成效果的影响 |
| 3.4 三种触媒合成粗颗粒c-BN单晶的形貌对比 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 Li_3N触媒合成粗颗粒c-BN单晶的工艺优化 |
| 4.1 Li_3N触媒添加量、粒度对合成效果的影响 |
| 4.1.1 Li_3N添加量对合成效果的影响 |
| 4.1.2 Li_3N粒度对合成效果的影响 |
| 4.2 高温高压合成工艺曲线的优化 |
| 4.2.1 分段升压与慢升压工艺曲线的对比优化 |
| 4.2.2 两种不同加热工艺曲线的对比 |
| 4.2.3 加热时间对粗颗粒c-BN单晶合成的影响 |
| 4.3 添加c-BN籽晶对合成粗颗粒c-BN单晶的影响 |
| 4.3.1 c-BN籽晶添加量的影响 |
| 4.3.2 c-BN籽晶粒度的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 c-BN单晶/触媒层界面形貌分析及组织结构表征 |
| 5.1 c-BN单晶/触媒界面的组织形貌 |
| 5.2 c-BN单晶的AFM观测分析 |
| 5.3 c-BN单晶触媒层物相结构表征 |
| 5.3.1 c-BN单晶触媒层物相结构的XRD分析 |
| 5.3.2 c-BN单晶触媒层物相结构的HRTEM分析 |
| 5.4 c-BN单晶触媒层的AES表征 |
| 5.4.1 c-BN单晶触媒层的AES谱 |
| 5.4.2 c-BN单晶触媒层B、N原子的AES谱 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 触媒层主要物相表面能及相关相图的计算 |
| 6.1 晶格常数的计算 |
| 6.2 第一性原理对表面能的计算 |
| 6.3 h-BN/c-BN相图的计算 |
| 6.3.1 h-BN、c-BN和Li3BN2的态密度 |
| 6.3.2 h-BN/c-BN之间的物相共存点 |
| 6.3.3 h-BN/c-BN相转变的p-T图 |
| 6.3.4 Li3BN2的相转变点 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 粗颗粒c-BN单晶合成机理分析及触媒组织控制 |
| 7.1 粗颗粒c-BN单晶高温高压合成机理分析 |
| 7.1.1 Li3BN2催化h-BN相变的理论模型 |
| 7.1.2 c-BN单晶的生长机理 |
| 7.1.3 Li_3BN_2的催化机理 |
| 7.2 高温高压触媒组织与粗颗粒c-BN单晶合成效果的关系 |
| 7.2.1 粗颗粒c-BN单晶合成效果与触媒层物相组成的关系 |
| 7.2.2 粗颗粒c-BN单晶合成效果与触媒层内物相含量的关系 |
| 7.2.3 粗颗粒c-BN单晶合成效果与触媒层形貌的关系 |
| 7.3 高温高压触媒组织控制的合成实验验证 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 结论 |
| 创新点 |
| 附录 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）大单晶立方氮化硼的高温高压制备与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氮化硼简介 |
| 1.3 立方氮化硼(cBN)的结构和性能 |
| 1.3.1 立方氮化硼的结构特点 |
| 1.3.2 立方氮化硼的性能与应用 |
| 1.4 立方氮化硼单晶的合成方法 |
| 1.4.1 静态高温高压触媒法 |
| 1.4.2 静态高温高压直接转变法 |
| 1.4.3 动态高温高压法 |
| 1.4.4 气相沉积法 |
| 1.4.5 水热合成法 |
| 1.5 立方氮化硼单晶的合成机理 |
| 1.5.1 溶剂析出学说 |
| 1.5.2 固相直接转变学说 |
| 1.5.3 溶剂-固相直接转变学说 |
| 1.6 合成立方氮化硼单晶的触媒 |
| 1.6.1 碱(土)金属基触媒 |
| 1.6.2 合金触媒 |
| 1.6.3 其他触媒 |
| 1.7 大尺寸立方氮化硼单晶的研究现状 |
| 1.8 课题的研究意义及主要研究内容 |
| 1.8.1 研究背景及意义 |
| 1.8.2 本文研究内容 |
| 第2章 实验设备与方法 |
| 2.1 静态高温高压触媒法合成cBN单晶所用设备 |
| 2.1.1 合成cBN单晶常用的高温高压设备 |
| 2.1.2 合成cBN单晶所用的主要检测设备 |
| 2.2 立方氮化硼单晶的合成腔体 |
| 2.3 合成立方氮化硼单晶的主要原料 |
| 2.3.1 hBN原料的选择与处理 |
| 2.3.2 触媒原料的选择与处理 |
| 2.4 高温高压触媒法合成立方氮化硼单晶的工艺曲线 |
| 2.5 高温高压触媒法合成立方氮化硼单晶的实验步骤 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 立方氮化硼(cBN)单晶的合成工艺研究 |
| 3.1 立方氮化硼单晶的合成实验 |
| 3.2 立方氮化硼单晶的合成工艺研究 |
| 3.3 合成压力对cBN单晶合成效果的影响 |
| 3.4 合成温度对cBN单晶合成效果的影响 |
| 3.5 合成时间对cBN单晶合成效果的影响 |
| 3.6 大尺寸cBN单晶的合成 |
| 3.6.1 cBN单晶的形貌表征 |
| 3.6.2 cBN单晶的硬度测试 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 掺硼石墨加热炉的研制及其在高温高压实验中的应用 |
| 4.1 二级加压高温高压设备简介 |
| 4.2 解决高温产生问题的方法 |
| 4.3 石墨加热炉及相关组件的制备 |
| 4.4 石墨加热炉的高温性能测试 |
| 4.5 掺硼石墨加热炉在高温高压实验中的应用 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（4）立方氮化硼单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 c-BN单晶性能及应用 |
| 1.3 氮化硼晶体结构 |
| 1.4 c-BN单晶合成技术发展概况 |
| 1.4.1 高温高压触媒法 |
| 1.4.2 动态高温高压法 |
| 1.4.3 低压合成法 |
| 1.5 高温高压触媒法合成c-BN单晶机理的研究现状 |
| 1.5.1 固相直接转变学说 |
| 1.5.2 溶剂析出学说 |
| 1.5.3 溶剂-固相直接转变学说 |
| 1.5.4 c-BN转变的新模型 |
| 1.6 高温高压合成c-BN后的单晶/触媒界面物相的表征研究 |
| 1.6.1 合成后c-BN/触媒层界面的形貌和物相结构研究 |
| 1.6.2 合成后c-BN触媒层界面的电子结构研究 |
| 1.7 高温高压合成c-BN相变的理论计算研究 |
| 1.7.1 第一性原理研究c-BN单晶相变的研究现状 |
| 1.7.2 EET理论研究c-BN单晶相变的研究现状 |
| 1.8 本文主要研究内容 |
| 第2章 实验和理论计算方法 |
| 2.1 采用锂基触媒高温高压合成c-BN单晶 |
| 2.2 c-BN单晶触媒层形貌、触媒层结构表征 |
| 2.2.1 c-BN单晶和触媒层界面的SEM分析 |
| 2.2.2 c-BN单晶触媒层物相结构的XRD分析 |
| 2.2.3 c-BN单晶/触媒层界面结构的HRTEM分析 |
| 2.2.4 c-BN单晶的AFM分析 |
| 2.2.5 c-BN单晶/触媒层界面结构的AES分析 |
| 2.2.6 c-BN单晶/触媒层界面结构的EELS分析 |
| 2.3 价电子理论计算方法 |
| 2.3.1 键距差法的计算 |
| 2.3.2 EET理论与DFTC理论的关联 |
| 2.3.3 键能的计算 |
| 2.4 第一性原理计算方法 |
| 2.4.1 密度泛函理论 |
| 2.4.2 赝势平面波法 |
| 2.4.3 VASP软件包 |
| 第3章 c-BN单晶/触媒层界面物相的微观结构表征 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 c-BN单晶及触媒层形貌 |
| 3.2.1 合成后的c-BN单晶 |
| 3.2.2 c-BN单晶/触媒层界面的SEM形貌 |
| 3.3 c-BN单晶/触媒层界面物相结构表征 |
| 3.3.1 c-BN单品触媒层物相结构的XRD分析 |
| 3.3.2 c-BN单晶/触媒层界而物相结构的HRTEM分析 |
| 3.4 c-BN单晶晶面的AFM分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 c-BN单晶/触媒层界面物相原子的电子结构表征 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 c-BN单晶/触媒层界面的AES表征 |
| 4.2.1 c-BN单晶/触媒层界面的AES谱 |
| 4.2.2 c-BN单晶/触媒层界面的B、N原子的AES谱 |
| 4.3 c-BN单晶/触媒层界面的EELS表征 |
| 4.4 Li_3BN_2对B、N原子电子结构的作用 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 h-BN、c-BN和Li_3BN_2的价电子结构 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 高温高压下晶格常数的计算 |
| 5.2.1 晶格常数计算参数的确定 |
| 5.2.2 高温高压下h-BN、c-BN和Li_3BN_2的晶格常数 |
| 5.3 h-BN、c-BN和Li_3BN_2及其主要晶面的价电子结构计算 |
| 5.4 h-BN/c-BN和Li_3BN_2/c-BN主要晶面的电子密度连续性分析 |
| 5.5 结果分析与讨论 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 h-BN、c-BN和Li_3BN_2的第一性原理分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 h-BN/c-BN的p-T相图的计算 |
| 6.3 h-BN、c-BN和Li_3BN_2之间的相转变 |
| 6.3.1 三个物相h-BN、c-BN和Li_3BN_2的态密度 |
| 6.3.2 h-BN/c-BN之间的物相共存点 |
| 6.3.3 h-BN/c-BN相转变的p-T图 |
| 6.3.4 Li_3BN_2物相的相转变点 |
| 6.4 第一性原理计算h-BN、c-BN和Li_3BN_2的表面能分析 |
| 6.4.1 模型的创建与表面能计算 |
| 6.4.2 结果与讨论 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 c-BN单晶/触媒层界面相变机理的分析与讨论 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 高温高压h-BN向c-BN单晶相变的讨论 |
| 7.2.1 触媒催化h-BN向c-BN结构转变的理论模型 |
| 7.2.2 c-BN单晶的生长机理 |
| 7.2.3 触媒的催化机理 |
| 7.3 本文对高温高压c-BN相变机理研究的局限性 |
| 7.4 本章小结 |
| 第8章 结论 |
| 附录 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（5）氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 hBN |
| 1.1 hBN微粉 |
| 1.2 hBN纤维 |
| 1.3 hBN纳米材料 |
| 1.4 hBN陶瓷 |
| 1.5 hBN的结构与性能 |
| 1.6 hBN的应用 |
| 2 cBN |
| 2.1 cBN的合成机理研究 |
| 2.2 合成cBN单晶的触媒研究 |
| 2.3 粗颗粒立方氮化硼单晶的合成技术 |
| 2.4 合成cBN的颜色控制 |
| 2.5 cBN的性能和应用 |
| 3 PcBN |
| 3.1 PcBN的合成方法 |
| 3.2 PcBN的粘接剂 |
| 3.3 PcBN的性能 |
| 3.4 PcBN的应用 |
| 4 结语与展望 |
（6）高温高压合成优质立方氮化硼的结构和工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 氮化硼的分类与结构 |
| 1.3 立方氮化硼(cBN)的性能与应用 |
| 1.4 立方氮化硼(cBN)的合成方法简介 |
| 1.5 合成立方氮化硼(cBN)的触媒 |
| 1.6 立方氮化硼(cBN)的合成机理 |
| 1.7 本论文研究目的及内容 |
| 第二章 实验材料、设备与研究方法 |
| 2.1 静压触媒法合成所用的高温高压设备 |
| 2.2 人工合成cBN的传压介质 |
| 2.3 实验原料与设备 |
| 2.4 实验步骤 |
| 2.5 实验工艺曲线 |
| 第三章 组装结构对cBN合成的影响 |
| 3.1 绝缘材料的使用对cBN合成的影响 |
| 3.2 提高压制芯柱密度对cBN合成的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 合成cBN单晶的工艺研究 |
| 4.1 合成中期平台压力对CBN合成的影响 |
| 4.2 合成后期压力对CBN合成的影响 |
| 4.3 合成功率曲线对cBN合成的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间申请的专利 |
| 附件 |
（7）基于研究cBN单晶转变的晶面能计算及晶面形貌表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 cBN单晶的结构性能、应用及合成现状 |
| 1.3 cBN单晶转变机理的研究现状 |
| 1.4 理论计算方法在材料科学中的应用 |
| 1.5 第一性原理研究cBN单晶晶面性能现状 |
| 1.6 形貌表征研究晶体转变的现状 |
| 1.7 本文研究的意义 |
| 1.8 本文研究的内容及目的 |
| 第2章 理论分析及实验方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 第一性原理量子力学基础 |
| 2.3 第一性原理计算方法 |
| 2.4 静态高温高压合成cBN单晶的实验 |
| 2.5 cBN单晶晶面形貌的SEM观察 |
| 2.6 cBN单晶晶面形貌的AFM观察 |
| 第3章 高温高压下hBN低指数晶面的晶面能计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高温高压下hBN晶格常数的计算 |
| 3.3 高温高压下hBN低指数晶面的晶面能计算 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高温高压下cBN低指数晶面的晶面能计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 高温高压下cBN晶格常数的计算 |
| 4.3 高温高压下cBN低指数晶面的晶面能计算 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 cBN单晶形貌表征及其转变机理分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 cBN单晶晶面形貌的SEM观察 |
| 5.3 cBN单晶晶面形貌的AFM观察 |
| 5.4 高温高压下cBN单晶转变机理分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 主要结论 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 后记 |
| 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况 |
（8）大颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 cBN的结构特点和性能应用 |
| 1.2.1 cBN的结构 |
| 1.2.2 cBN的性能及应用 |
| 1.3 cBN单晶的合成方法研究现状 |
| 1.4 cBN单晶的合成机理研究现状 |
| 1.5 触媒对合成cBN的影响 |
| 1.6 合成大颗粒cBN单晶的研究现状 |
| 1.7 课题研究意义及主要研究内容 |
| 第2章 实验材料和实验方法 |
| 2.1 实验设备 |
| 2.1.1 六面顶压机 |
| 2.1.2 主要检测设备 |
| 2.1.3 其他设备 |
| 2.2 合成cBN单晶实验的主要原料 |
| 2.2.1 hBN原料的选择 |
| 2.2.2 触媒原料的选择 |
| 2.2.3 籽晶的选择 |
| 2.3 高温高压合成cBN单晶实验 |
| 2.4 合成实验采用的工艺曲线设计 |
| 2.4.1 压力曲线基础 |
| 2.4.2 功率曲线基础 |
| 第3章 采用锂基触媒合成cBN单晶的优化工艺 |
| 3.1 分段升压合成工艺与慢超压合成工艺的对比 |
| 3.2 功率下降合成工艺与功率平走合成工艺的对比 |
| 3.3 不同合成时间的影响 |
| 3.4 在Li_3N-hBN体系中合成cBN单晶的效果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 采用钙基触媒合成cBN单晶的优化工艺 |
| 4.1 合成压力对合成cBN单晶效果的影响 |
| 4.2 合成功率对合成cBN单晶效果的影响 |
| 4.3 合成时间对合成cBN单晶效果的影响 |
| 4.4 在Ca_3N_2-hBN体系中合成cBN单晶的效果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 籽晶对合成cBN单晶的影响 |
| 5.1 籽晶的预处理和加入方式 |
| 5.2 籽晶加入量和粒度的影响 |
| 5.2.1 籽晶加入量的影响 |
| 5.2.2 籽晶粒度的影响 |
| 5.3 在Li_3N-hBN体系+籽晶中合成cBN单晶的效果 |
| 5.3.1 cBN单晶的产量和转化率 |
| 5.3.2 添加100/120目籽晶合成cBN单晶的效果 |
| 5.4 在Ca_3N_2-hBN体系+籽晶中合成的cBN单晶效果 |
| 5.4.1 cBN单晶的产量和转化率 |
| 5.4.2 添加100/120目籽晶合成cBN单晶的效果 |
| 5.5 添加籽晶在不同体系下合成cBN单晶效果的对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 结论和展望 |
| 6.1 主要结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 后记 |
| 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况 |
（9）高温高压合成毫米级立方氮化硼的研究（论文提纲范文）
| 1 条件与方法 |
| 2 合成工艺研究 |
| 2.1 触媒体系的研究 |
| 2.2 hBN净化处理工艺研究 |
| 2.3 高温高压的精确标定研究 |
| 3 实验结果与讨论 |
| 3.1 合成粒度及单产 |
| 3.2 毫米级CBN形貌特征 |
| 4 结论 |
（10）触媒微结构与立方氮化硼单晶催化机理的相关性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 立方氮化硼单晶合成的发展概况 |
| 1.2 高温高压触媒法合成立方氮化硼单晶催化机理的研究 |
| 1.2.1 基本原理 |
| 1.2.2 高温高压立方氮化硼合成中触媒催化作用的研究 |
| 1.2.3 立方氮化硼单晶合成用触媒的研究 |
| 1.2.4 立方氮化硼单晶合成工艺的研究 |
| 1.3 触媒层结构与单晶催化机理相关性研究 |
| 1.3.1 立方氮化硼触媒层成份的研究 |
| 1.3.2 触媒层催化作用的研究 |
| 1.4 高温高压合成立方氮化硼的理论计算研究 |
| 1.4.1 触媒催化作用的热力学研究 |
| 1.4.2 触媒催化作用下立方氮化硼单晶的形核理论研究 |
| 1.4.3 催化机理的模拟计算研究 |
| 1.5 存在的主要问题 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 第2章 实验方法与理论计算 |
| 2.1 高温高压触媒法合成立方氮化硼单晶实验 |
| 2.1.1 主要原材料及合成块的组装 |
| 2.1.2 高温高压合成实验 |
| 2.2 立方氮化硼触媒层物相结构的表征 |
| 2.2.1 合成块断口形貌及单晶的SEM分析 |
| 2.2.2 立方氮化硼触媒层物相结构的XRD分析 |
| 2.2.3 立方氮化硼/触媒层界面的TEM分析 |
| 2.2.4 立方氮化硼触媒层物相结构的HRTEM分析 |
| 2.2.5 立方氮化硼晶面的AFM分析 |
| 2.3 立方氮化硼/触媒层界面电子结构的表征 |
| 2.3.1 立方氮化硼/触媒层界面的XPS分析 |
| 2.3.2 立方氮化硼/触媒层界面的AES分析 |
| 2.3.3 立方氮化硼触媒层的EELS分析 |
| 2.3.4 立方氮化硼触媒层的Raman分析 |
| 2.4 立方氮化硼合成的热力学计算 |
| 2.5 触媒催化作用下立方氮化硼形核及生长理论分析 |
| 2.5.1 临界晶核半径的计算 |
| 2.5.2 临界形核功的计算 |
| 2.5.3 晶体生长速度的计算 |
| 第3章 立方氮化硼界面形貌及触媒微结构表征 |
| 3.1 立方氮化硼触媒层的组织形貌 |
| 3.1.1 锂基触媒合成的立方氮化硼单晶 |
| 3.1.2 立方氮化硼/触媒层界面的SEM形貌 |
| 3.2 立方氮化硼/触媒层界面物相结构表征 |
| 3.2.1 立方氮化硼/触媒层界面物相结构的XRD分析 |
| 3.2.2 立方氮化硼/触媒层界面物相结构的TEM分析 |
| 3.2.3 触媒层微结构的HRTEM分析 |
| 3.3 立方氮化硼生长B、N来源的分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 立方氮化硼/触媒层界面电子结构表征 |
| 4.1 立方氮化硼/触媒层界面的Raman分析 |
| 4.2 立方氮化硼/触媒层界面的AES分析 |
| 4.2.1 立方氮化硼触媒层的AES谱 |
| 4.2.2 立方氮化硼/触媒层界面的B、N原子的AES谱 |
| 4.3 触媒层B、N电子结构的XPS分析 |
| 4.3.1 六方氮化硼和立方氮化硼的XPS谱图 |
| 4.3.2 立方氮化硼/触媒层界面电子结构的XPS分析 |
| 4.3.3 立方氮化硼/触媒层界面sp~2及sp~3的含量分析 |
| 4.3.4 立方氮化硼触媒层元素化学态分析 |
| 4.4 立方氮化硼/触媒层界面的EELS分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 高温高压合成立方氮化硼的热力学分析 |
| 5.1 高温高压条件下Gibbs自由能变化的关系式 |
| 5.2 自由能变化关系式中热力学参数的获得 |
| 5.2.1 △V_T的计算 |
| 5.2.2 △V_P的计算 |
| 5.3 立方氮化硼合成反应的热力学分析 |
| 5.3.1 生成Li_3BN_2反应的热力学分析 |
| 5.3.2 Li_3BN_2→cBN+Li_3N反应的热力学分析 |
| 5.3.3 hBN→cBN反应的热力学分析 |
| 5.4 立方氮化硼合成的热力学讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 触媒催化作用下立方氮化硼界面及生长动力学分析 |
| 6.1 立方氮化硼晶体界面的AFM分析 |
| 6.2 立方氮化硼生长动力学研究 |
| 6.2.1 临界晶核半径的计算 |
| 6.2.2 临界形核功的计算 |
| 6.2.3 立方氮化硼晶体生长速度的计算 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 立方氮化硼的高温高压催化机理 |
| 7.1 高温高压下立方氮化硼单晶形成的讨论 |
| 7.1.1 触媒层各物相结构相关性的讨论 |
| 7.1.2 触媒催化条件下立方氮化硼形核机理 |
| 7.1.3 B、N原子在触媒层中的扩散过程 |
| 7.1.4 立方氮化硼界面生长机理 |
| 7.2 本文对高温高压立方氮化硼催化机理研究的局限性 |
| 7.3 本章小结 |
| 第8章 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 攻读博士学位期间的科研工作及获奖情况 |
| 附件 |
| 附表 |
四、Mg_3N_2和Mg_3B_2N_4触媒的研究（论文参考文献）
- [1]镁基触媒合成立方氮化硼的研究[J]. 李启泉,孙湘东,刘书锋,张旺玺,崔卫民. 中原工学院学报, 2021(03)
- [2]优质粗颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺与机理研究[D]. 蔡立超. 山东大学, 2021(10)
- [3]大单晶立方氮化硼的高温高压制备与表征[D]. 魏征. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [4]立方氮化硼单晶/触媒层界面物相的高温高压相变机理[D]. 吕美哲. 山东大学, 2019(09)
- [5]氮化硼系列材料的合成制备及应用研究进展[J]. 王艳芝,张旺玺,孙长红,梁宝岩,李启泉,穆云超,孙玉周. 陶瓷学报, 2018(06)
- [6]高温高压合成优质立方氮化硼的结构和工艺研究[D]. 林树忠. 山东大学, 2017(04)
- [7]基于研究cBN单晶转变的晶面能计算及晶面形貌表征[D]. 时永鹏. 山东建筑大学, 2017(09)
- [8]大颗粒立方氮化硼单晶的合成工艺研究[D]. 苏海通. 山东建筑大学, 2016(08)
- [9]高温高压合成毫米级立方氮化硼的研究[J]. 位星,张相法,张奎,王永凯. 金刚石与磨料磨具工程, 2015(06)
- [10]触媒微结构与立方氮化硼单晶催化机理的相关性研究[D]. 郭晓斐. 山东大学, 2015(01)