近日，四川大學(xué)高壓科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室與地球物理研究室聯(lián)合研制出硬度高達(dá)69 GPa的透明納米多晶氮化硼塊體材料（PcBN），成為僅次于金剛石的第二大透明超硬材料。
       超硬透明材料在工業(yè)、能源、航天和國防工程中的應(yīng)用中非常廣泛且重要，目前主要使用金剛石、Al2O3和c-Si3N4等材料。其中，金剛石的硬度最高（>80GPa），但是其高昂的造價(jià)限制使用范圍。其他透明材料的硬度最高僅達(dá)34 GPa，較低的硬度也限制了其在某些極端條件下的應(yīng)用?？茏粤Α堄丫约摆w夢(mèng)溪等利用四川大學(xué)鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)在高溫高壓條件下成功合成了透明納米多晶立方氮化硼塊體材料（見下圖）。作者通過將市售立方氮化硼粉末在約14 GPa和1 700~1 800 ℃條件下進(jìn)行高溫高壓燒結(jié)，獲得了平均晶粒約為200 nm的透明立方氮化硼塊體，其直徑約為3 mm，厚度約為2 mm。燒結(jié)的樣品在具有較好的透光性的同時(shí)（400~1 500 nm波長下具有約70％的透射率）還具備非常好的力學(xué)性能，其硬度達(dá)到約69 GPa，斷裂韌性為11~14 MPa·m1/2。
       作者認(rèn)為該材料透明的主要原因是高壓使PcBN形成了非常薄的晶界，約2 nm。另外，高溫高壓下引起的晶粒細(xì)化以及晶粒內(nèi)部發(fā)生的塑性形變形成的微觀缺陷使透明PcBN材料的硬度得到了強(qiáng)化。由此，作者對(duì)描述材料硬度與晶粒尺寸的霍爾佩奇公式進(jìn)行了額外修正。
       該項(xiàng)研究為超硬透明陶瓷的合成提供了證據(jù)，同時(shí)為極端條件下提供了更加經(jīng)濟(jì)的透明窗口材料。該項(xiàng)研究于2021年4月12日發(fā)表在國際著名應(yīng)用物理期刊《Applied Physics Letters》，即《應(yīng)用物理快報(bào)》。研究生趙夢(mèng)溪為論文第一作者；寇自力研究員和張友君副研究員為論文通訊作者；四川大學(xué)原子與分子物理研究所為唯一研究單位。期刊審稿人認(rèn)為此項(xiàng)研究意義重大并且材料的合成方法有效且可信：“The materials and methodology performed are throughout and well-structured”，“This method is useful and promising”。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和四川大學(xué)雙一流建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持。

       圖（a）為樣品在大壓機(jī)中的組裝圖；（b）為14 GPa/1 700 ℃條件下合成的樣品TEM圖,右上角為晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)圖，平均約200 nm；（c）為14 GPa下不同溫度樣品的光學(xué)圖片及在波長為350 nm~1 500 nm透過率測(cè)試結(jié)果；（d）為PcBN的維氏硬度與平均晶粒尺寸的函數(shù)關(guān)系圖。紅色圓代表劉騰等人合成的PcBN，實(shí)心藍(lán)色倒三角形代表Dubrovinskaia等人合成的PcBN。實(shí)心灰色三角形表示Solozhenko等人合成的PcBN。藍(lán)色和灰色線表示霍爾-佩奇效應(yīng)引起的維氏硬度與晶粒尺寸的函數(shù)關(guān)系。實(shí)心紅色圓圈表示本研究中測(cè)得的PcBN硬度。紅線代表PcBN的擬合硬度與晶粒尺寸的關(guān)系。該關(guān)系同時(shí)考慮了霍爾-佩奇效應(yīng)和微缺陷結(jié)構(gòu)的影響。
       全文鏈接：https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0045545