擁有極高硬度、韌性和穩(wěn)定性的納米孿晶立方氮化硼(nt-cBN)在材料領(lǐng)域備受關(guān)注。2014年，燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與多家科研機(jī)構(gòu)合作，利用高溫高壓技術(shù)成功合成出超高硬度(硬度兩倍于天然金剛石)的納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼塊材。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature上。

        近日，田永君教授團(tuán)隊(duì)在Science China Materials上發(fā)表研究論文，他們發(fā)現(xiàn)nt-cBN的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能與合成過(guò)程中使用的前驅(qū)物洋蔥式氮化硼(oBN)的粒徑變化密切相關(guān)。隨著前驅(qū)物oBN的粒徑從~320 nm減小到~90 nm，合成的納米結(jié)構(gòu)塊材的硬度從61 GPa逐漸提高到108 GPa。表明大粒徑的oBN擁有和普通六方氮化硼類似的平整、有序的外層結(jié)構(gòu)，這與小粒徑的oBN納米粒子中存在大量彎曲、褶皺的氮化硼原子層及高密度層錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)形成鮮明對(duì)比；大粒徑oBN前驅(qū)物中的這些有序結(jié)構(gòu)顯著減少了最終產(chǎn)物中超細(xì)孿晶亞結(jié)構(gòu)的含量，從而導(dǎo)致相應(yīng)產(chǎn)物硬度的下降。

        本研究表明，只有粒徑足夠小的oBN前驅(qū)物才能合成出擁有高密度超細(xì)納米孿晶結(jié)構(gòu)且性能優(yōu)異的nt-cBN。為進(jìn)一步提高此類納米孿晶材料的性能提供了一種切實(shí)可行的方案。

圖1 cBN的微觀結(jié)構(gòu)。

圖 2 cBN在不同壓力下的維氏硬度。

     該研究成果最近發(fā)表于Science China Materials, 2019, doi.org/10.1007/s40843-019-9409-1