立方氮化硼表面的金属膜

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.01.013 第17卷第1期 北京科技大学学报 Vol.17 No.1 1995年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1995 立方氮化硼表面的金属膜 徐晓伟 李玉萍 刘庆国 北京科技大学物理化学系，北京100083 摘要在立方氨化硼的合成过程中发现了金属膜；揭示了金属膜的形貌：分析了金属膜的成分， 确定金属膜由Fe,Ni、Mn、Mg构成；分析了金属膜在合成立方氨化硼过程中的作用，提出了 金属膜的形成机制， 关键词合成，催化剂/立方氨化硼，金属膜，高温高压 中图分类号0643.4 Metal Film on cBN Surface Xu Xiaowei Li Yuping Liu Qingguo Department of Physical Chemistry,USTB.Bejing 100083.PRC ABSTRACT The metal films have been discovered on synthesised cBN surface.The morphologies of metal film have been shown.The composition of the metal film which consist of Fe,Ni,Mn,Mg,has been confirmed.The functions of the metal films have been analysed,and the formation mechanism of the metal film has been put out. KEY WORDS synthesis,catalyst/cubic boron nitride,metal film,high-temperature and high-pressure 立方氮化硼和金刚石不但自身结构和性质相似，它们的合成原料（六方氮化硼和石墨） 的结构和性质相似，而且合成时使用相同的设备和相似的合成方法，因此它们的合成机制也 应有许多相似之处，在金刚石的合成过程中，总有金属膜存在于生长着的金刚石表面，但却 未有在合成立方氮化硼过程中发现金属膜的报道.Sato等人川在研究等温条件下 BN-C,B,N4体系中立方氮化硼的形成机制时，推测六方氮化硼在紧接着向前推进的薄薄 的溶剂层中溶解，并在等温条件下做为立方氨化硼析出，类似于金刚石的生长机制.但在其 实验中，用电子探针亦未探测到在立方氨化硼表面有膜存在·本文报道了在立方氮化硼的合 成过程中发现了金属膜的存在， 1实验和测试 1.1合成实验 1994-05-10收稿 第一作者男36岁博士后

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 心 功 望巧 立方氮化硼 表 面 的金属 膜 徐 晓伟 李玉 萍 刘庆 国 北京科 技大 学 物理 化学 系 ， 北 京 以 摘要 在立方 氮化硼 的合成 过程 中发现 了 金 属 膜 揭示 了 金 属 膜 的形 貌 分 析 了 金 属 膜 的 成 分 ， 确 定金 属 膜 由 、 、 、 构成 分 析 了金 属 膜 在合成 立 方 氮 化 硼 过 程 中的 作 用 ， 提 出 了 金 属 膜 的形 成机制 关键词 合成 ， 催 化剂 立方氮 化硼 ， 金 属 膜 ， 高温 高压 中图分 类号 必 、、 夕 ， ， ， ， ， ， ， 卜沈 ， ， ， ， 一 一 立 方 氮化硼 和 金 刚石 不 但 自身结 构 和 性 质相 似 ， 它们 的合 成 原 料 六 方 氮 化 硼 和 石 墨 的结 构 和 性 质相 似 ， 而且 合成 时使用 相 同 的设 备 和 相 似 的合成 方 法 ， 因此 它们 的合成 机制也 应有 许多相 似之 处 在 金 刚石 的合成 过 程 中 ， 总有 金 属膜存 在于 生 长着 的金 刚石表 面 ， 但却 未 有 在 合 成 立 方 氮 化 硼 过 程 中 发 现 金 属 膜 的 报 道 等 人 ’ 在 研 究 等 温 条 件 下 一 体 系 中立 方 氮 化硼 的形 成 机 制 时 ， 推 测 六 方 氮 化硼 在 紧接 着 向前 推 进 的 薄 薄 的溶剂 层 中溶 解 ， 并 在 等温条件 下 做 为立 方 氮化硼 析 出 ， 类 似于 金 刚石 的生 长机制 但 在其 实验 中 ， 用 电子 探 针 亦 未 探测 到 在 立 方 氮 化 硼 表 面有 膜存在 本 文 报道 了在立方 氮化硼 的合 成 过程 中发 现 了金 属 膜 的存在 实验和测试 合成 实验 哭闷 一 一 收稿 第一 作 者 男 岁 博 士 后 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．01．013

门重 2结和论 21膜的成分及来源 奇现腾指

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 心 功 望巧 立方氮化硼 表 面 的金属 膜 徐 晓伟 李玉 萍 刘庆 国 北京科 技大 学 物理 化学 系 ， 北 京 以 摘要 在立方 氮化硼 的合成 过程 中发现 了 金 属 膜 揭示 了 金 属 膜 的形 貌 分 析 了 金 属 膜 的 成 分 ， 确 定金 属 膜 由 、 、 、 构成 分 析 了金 属 膜 在合成 立 方 氮 化 硼 过 程 中的 作 用 ， 提 出 了 金 属 膜 的形 成机制 关键词 合成 ， 催 化剂 立方氮 化硼 ， 金 属 膜 ， 高温 高压 中图分 类号 必 、、 夕 ， ， ， ， ， ， ， 卜沈 ， ， ， ， 一 一 立 方 氮化硼 和 金 刚石 不 但 自身结 构 和 性 质相 似 ， 它们 的合 成 原 料 六 方 氮 化 硼 和 石 墨 的结 构 和 性 质相 似 ， 而且 合成 时使用 相 同 的设 备 和 相 似 的合成 方 法 ， 因此 它们 的合成 机制也 应有 许多相 似之 处 在 金 刚石 的合成 过 程 中 ， 总有 金 属膜存 在于 生 长着 的金 刚石表 面 ， 但却 未 有 在 合 成 立 方 氮 化 硼 过 程 中 发 现 金 属 膜 的 报 道 等 人 ’ 在 研 究 等 温 条 件 下 一 体 系 中立 方 氮 化硼 的形 成 机 制 时 ， 推 测 六 方 氮 化硼 在 紧接 着 向前 推 进 的 薄 薄 的溶剂 层 中溶 解 ， 并 在 等温条件 下 做 为立 方 氮化硼 析 出 ， 类 似于 金 刚石 的生 长机制 但 在其 实验 中 ， 用 电子 探 针 亦 未 探测 到 在 立 方 氮 化 硼 表 面有 膜存在 本 文 报道 了在立方 氮化硼 的合 成 过程 中发 现 了金 属 膜 的存在 实验和测试 合成 实验 哭闷 一 一 收稿 第一 作 者 男 岁 博 士 后

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 姚 年 月 心 功 望巧 立方氮化硼 表 面 的金属 膜 徐 晓伟 李玉 萍 刘庆 国 北京科 技大 学 物理 化学 系 ， 北 京 以 摘要 在立方 氮化硼 的合成 过程 中发现 了 金 属 膜 揭示 了 金 属 膜 的形 貌 分 析 了 金 属 膜 的 成 分 ， 确 定金 属 膜 由 、 、 、 构成 分 析 了金 属 膜 在合成 立 方 氮 化 硼 过 程 中的 作 用 ， 提 出 了 金 属 膜 的形 成机制 关键词 合成 ， 催 化剂 立方氮 化硼 ， 金 属 膜 ， 高温 高压 中图分 类号 必 、、 夕 ， ， ， ， ， ， ， 卜沈 ， ， ， ， 一 一 立 方 氮化硼 和 金 刚石 不 但 自身结 构 和 性 质相 似 ， 它们 的合 成 原 料 六 方 氮 化 硼 和 石 墨 的结 构 和 性 质相 似 ， 而且 合成 时使用 相 同 的设 备 和 相 似 的合成 方 法 ， 因此 它们 的合成 机制也 应有 许多相 似之 处 在 金 刚石 的合成 过 程 中 ， 总有 金 属膜存 在于 生 长着 的金 刚石表 面 ， 但却 未 有 在 合 成 立 方 氮 化 硼 过 程 中 发 现 金 属 膜 的 报 道 等 人 ’ 在 研 究 等 温 条 件 下 一 体 系 中立 方 氮 化硼 的形 成 机 制 时 ， 推 测 六 方 氮 化硼 在 紧接 着 向前 推 进 的 薄 薄 的溶剂 层 中溶 解 ， 并 在 等温条件 下 做 为立 方 氮化硼 析 出 ， 类 似于 金 刚石 的生 长机制 但 在其 实验 中 ， 用 电子 探 针 亦 未 探测 到 在 立 方 氮 化 硼 表 面有 膜存在 本 文 报道 了在立方 氮化硼 的合 成 过程 中发 现 了金 属 膜 的存在 实验和测试 合成 实验 哭闷 一 一 收稿 第一 作 者 男 岁 博 士 后

Vol.17 No.1 徐晓伟等：立方氮化硼表面的金属膜 ·53, 末按金属膜的成分比例均匀混合，压片后与六方氮化硼片交替组装，然后在合成立方氮化硼 的高温高压下处理，结果未发现这种混合粉末有触媒作用· 从另一方面分析，构成金属膜的主要成分是Fe(约占S0%以上)，Fe不是立方氮化硼的触 媒剂，与立方氮化硼的亲和性差已由大量实验验证·金刚石表面的金属膜与金刚石晶体结合较 紧，不易剥离，而立方氮化硼晶体表面的金属膜很容易剥离，说明该金属膜与立方氮化硼品 体亲和性差·根据以上分析，可初步判定，该金属膜对立方氮化翮合成无触媒作用，由于被 金属膜包覆的立方氮化硼晶体大多数晶形完整且很多晶粒较大(200μm左右)，在立方氮化 硼晶体上未发现有生长台阶存在，可以确信立方氮化硼晶体的“生长基元”可以穿过金属膜 生长在晶体表面上· 3小结 ()立方氨化硼的合成过程中发现了金属膜，该金属膜的元素来源于原料中的杂质. (2)金属膜只在立方氮化硼合成区内很窄的范围内产生， (3)金属膜本身不具有触媒作用，但形成立方氯化硼的“基元”可以穿过金属膜而沉 积在立方氮化硼晶体表面上· 参考文献 1 Sato T,Endo T,Kashima S.Formation Mechanism of cBN Crystals under Isothermal Conditions in the System BN-Ca,B2 N4.J Mater Sci,1983,18:3054-3060 2郝兆任·高温高压下金刚石表面的金属膜，见：邹广田，王立中主编.高压科学和技术.长春：吉林大 学出版社，1985.184~185

徐 晓伟 等 立方 氮 化硼 表 面 的 金 属膜 末 按金 属膜 的成 分 比例 均 匀混合 ， 压 片后 与六 方 氮化硼 片交 替 组 装 ， 然 后 在合成 立 方 氮 化硼 的高温高压 下处理 ， 结 果 未 发 现这种 混合粉末有 触媒 作用 从另 一方 面分析 ， 构成 金 属 膜 的 主要 成分是 约 占 以上 ， 不是立方氮化硼的触 媒 剂 ， 与立方 氮 化硼 的亲 和性 差 已 由大 量 实验验证 金 刚石表面的金属膜与金 刚石晶体结合较 紧 ， 不 易剥 离 ， 而 立 方 氮 化硼 晶体表 面 的金 属 膜很容 易 剥 离 ， 说 明该金 属 膜 与立方 氮化硼晶 体亲和性 差 根 据 以 上 分 析 ， 可 初 步 判 定 ， 该 金 属膜 对立方 氮 化硼 合成 无触媒作 用 由于被 金 属膜 包覆 的立 方氮化硼 晶体大 多 数 晶形 完 整 且 很 多 晶粒 较大 拜 左 右 ， 在 立方 氮化 硼 晶体上 未 发 现 有 生 长 台 阶存 在 ， 可 以 确信立 方 氮化硼 晶体 的 “ 生 长基元 ” 可 以 穿过金 属膜 生 长在 晶体表 面上 小 结 立 方 氮 化 硼 的 合 成 过 程 中发 现 了 金 属 膜 该 金 属 膜 的元 素来 源 于 原 料 中 的 杂质 金 属膜 只 在 立方 氮化硼 合成 区 内很 窄 的范 围 内产 生 金 属膜本身不具有 触媒作 用 ， 但形 成立方 氮 化硼 的 “ 基元 ” 可 以 穿 过 金 属 膜 而 沉 积在 立方氮化硼 晶体表 面上 参 考 文 献 ， ， 一 ‘ ， ， 一 郝兆 任 高温 高压下 金 刚石 表面 的金 属 膜 见 邹广 田 ， 王 立 中主编 高压科 学和 技术 长 春 吉林 大 学 出 版社 ， 一