高温高压Li3 N-hBN体系cBN转变的热力学分析

doi:10.7503/cjcu20120630

高等学校化学学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (4): 970.doi: 10.7503/cjcu20120630

高温高压Li₃ N-hBN体系cBN转变的热力学分析

杨红梅¹, 许斌¹, 郭晓斐^1,2, 温振兴¹, 范小红¹, 田彬¹

1. 山东建筑大学材料科学与工程学院, 济南 250101;
2. 山东大学材料科学与工程学院, 济南 250061

收稿日期:2012-07-04 出版日期:2013-04-10 发布日期:2013-03-15
通讯作者: 许斌,男,博士,教授,主要从事超硬材料研究.E-mail:xubin@sdjzu.edu.cn E-mail:xubin@sdjzu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号:51272139)资助.

Thermodynamic Analysis of cBN Transformation in the Li₃N-hBN System at High Pressure and High Temperature

YANG Hong-Mei¹, XU Bin¹, GUO Xiao-Fei^1,2, WEN Zhen-Xing¹, FAN Xiao-Hong¹, TIAN Bin¹

1. School of Materials Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China;
2. School of Materials Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China

Received:2012-07-04 Online:2013-04-10 Published:2013-03-15

摘要/Abstract

摘要：

以经典热力学第二定律ΔG<0为依据, 分析了静态高温高压触媒法合成立方氮化硼(cBN)过程中发生的可能反应. 考虑温度和压强对反应物相体积的影响, 计算了六方氮化硼(Li₃N-hBN)体系中hBN+Li₃NLi₃BN₂, hBNcBN及Li₃BN₂Li₃N+cBN反应在高温高压条件下的ΔG. 结果证实, Li₃BN₂由Li₃N与hBN在高温高压(T>1300 K, P>3.0 GPa)条件下反应得到, 在cBN的合成(T=1600~1800 K, P=4.6~6.0 GPa)条件下, hBN和Li₃BN₂都有向cBN转化的倾向, 但由hBN向cBN直接转变的反应自由能比Li₃BN₂分解生成cBN的反应自由能更负, 反应的可能性更大. 探讨了高温高压条件下立方氮化硼的转变机理.

关键词: 高温高压, 立方氮化硼, 热力学, Gibbs自由能, Li₃BN₂

Abstract:

The possibility of several reactions at high pressure and high temperature was analyzed by the determinant method of ΔG<0 in second law of thermodynamics in the process of synthesizing cubic boron nitride(BN). The ΔG of reactions Li₃N+hBNLi₃BN₂, hBNcBN and Li₃BN₂Li₃N+cBN in the Li₃N-hBN system, was calculated in considering of the change of volume with temperature and pressure, under the synthetic condition of cubic BN. It was confirmed that Li₃BN₂ was synthesized with Li₃N and hexagonal BN in certain condition of high pressure and high temperature(T>1300 K and P>3.0 GPa). When temperature and pressure raise to the area of cubic BN(T=1600—1800 K and P=4.6—6.0 GPa), it was possible for two reactions Li₃BN₂Li₃N+cBN and hBNcBN in subregion of the P-T area in thermodynamics. However, the ΔG of hBNcBN was more negative than that of the former, and it was easier for the latter reaction. A preliminary discussion about the transition mechanism of cubic BN was made with the result of calculation.

Key words: High pressure and high temperature, Cubic BN, Thermodynamics, Gibbs free energy, Li₃BN₂

中图分类号:

O642

TrendMD:

杨红梅, 许斌, 郭晓斐, 温振兴, 范小红, 田彬. 高温高压Li₃ N-hBN体系cBN转变的热力学分析. 高等学校化学学报, 2013, 34(4): 970.

YANG Hong-Mei, XU Bin, GUO Xiao-Fei, WEN Zhen-Xing, FAN Xiao-Hong, TIAN Bin. Thermodynamic Analysis of cBN Transformation in the Li₃N-hBN System at High Pressure and High Temperature. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(4): 970.

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高温高压Li₃ N-hBN体系cBN转变的热力学分析

Thermodynamic Analysis of cBN Transformation in the Li₃N-hBN System at High Pressure and High Temperature

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