Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄
Chromium tetraboride (CrB₄), a recently proposed candidate for superhard materials, has been synthesized at high pressure and temperature by a solid-state reaction. As a byproduct, chromium diboride (CrB₂) also forms and co-exists with CrB₄ in the final product. The comparative studies of crystal st...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Сверхтвердые материалы |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автори: | , , , , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126122 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ / S. Wang, X. Yu, J. Zhang, Y. Zhang, L. Wang, K. Leinenweber, H. Xu, D. Popov, Ch. Park, W. Yang, D. He, Y. Zhao // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 4. — С. 78-88. — Бібліогр.: 37 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-126122 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Wang, S. Yu, X. Zhang, J. Zhang, Y. Wang, L. Leinenweber, K. Xu, H. Popov, D. Park, Ch. Yang, W. He, D. Zhao, Y. 2017-11-14T18:25:52Z 2017-11-14T18:25:52Z 2014 Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ / S. Wang, X. Yu, J. Zhang, Y. Zhang, L. Wang, K. Leinenweber, H. Xu, D. Popov, Ch. Park, W. Yang, D. He, Y. Zhao // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 4. — С. 78-88. — Бібліогр.: 37 назв. — англ. 0203-3119 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126122 661.657:539.89 Chromium tetraboride (CrB₄), a recently proposed candidate for superhard materials, has been synthesized at high pressure and temperature by a solid-state reaction. As a byproduct, chromium diboride (CrB₂) also forms and co-exists with CrB₄ in the final product. The comparative studies of crystal structure, elastic property, and hardness of both phases have been conducted at the same sample environment conditions. The crystal structure of CrB₄ has been refined with an orthorhombic symmetry of Immm (space group no. 71) or Pnnm (space group no. 58) using X-ray diffraction data. Further simulations indicate that the structural distinction between Immm and Pnnm can be resolved by neutron diffraction, due to the high scattering cross-section of boron (11B) by neutrons. Although CrB₂ and CrB₄ have close bulk modulus at about 230 GPa, the measured asymptotic Vickers hardness yields 16 GPa for CrB₂ but 30 GPa for CrB₄, which is nearly two times that of CrB₂. The dramatic enhancement in hardness in CrB₄ is attributed to the strong three-dimensional Cr–B network, in contrast to the layered lattice structure of hexagonal CrB₂. Тетраборид хрому (CrB₄), недавно запропонований як перспективний надтвердий матеріал, був синтезований при високому тиску і температурі шляхом твердофазної реакції. Як побічний продукт, утворюється також диборид хрому (CrB₂) і співіснує з CrB₄ в кінцевому продукті. Проведено порівняльне вивчення кристалічної структури, пружних властивостей і твердості обох фаз при однакових умовах навколишнього середовища. З використанням даних дифракції рентгенівських променів кристалічна структура CrB₄ визначена як та, що має орторомбічну симетрію Immm (просторова група № 71) або Pnnm (просторова група № 58). Подальші модельні експерименти показують, що структурну відмінність між Immm і Pnnm можна визначити методом нейтронної дифракції завдяки високому перерізу розсіювання бору (11B) нейтронами. Хоча CrB₂ і CrB₄ мають близький модуль об’ємного стиску ~ 230 ГПа, асимптотично виміряна твердість за Вікерсу дорівнює 16 ГПа для CrB₂, але 30 ГПа для CrB₄, що майже в два рази більше, ніж для CrB₂. Різке підвищення твердості в CrB₄ пов’язують із сильною тривимірної сіткою Cr–B, на відміну від шаруватої структури ґратки гексагонального CrB₂. Тетраборид хрома (CrB₄), недавно предложенный как перспективный сверхтвердый материал, был синтезирован при высоком давлении и температуре путем твердофазной реакции. Как побочный продукт, образуется также диборид хрома (CrB₂) и сосуществует с CrB₄ в конечном продукте. Проведено сравнительное изучение кристаллической структуры, упругих свойств и твердости обеих фаз при одинаковых условиях окружающей среды. С использованием данных дифракции рентгеновских лучей кристаллическая структура CrB₄ определена как имеющая орторомбическую симметрию Immm (пространственная группа № 71) или Pnnm (пространственная группа № 58). Дальнейшие модельные эксперименты показывают, что структурное различие между Immm и Pnnm может быть можно определить методом нейтронной дифракции благодаря высокому сечению рассеяния бора (11B) нейтронами. Хотя CrB₂ и CrB₄ имеют близкий модуль объемного сжатия ~ 230 ГПа, асимптотически измеренная твердость по Викерсу равна 16 ГПа для CrB₂, но 30 ГПа для CrB₄, что почти в два раза больше, чем для CrB₂. Резкое повышение твердости в CrB₄ связывают с сильной трехмерной сеткой Cr–B, в отличие от слоистой структуры решетки гексагонального CrB₂. Portions of this work were performed at HPCAT, Advanced Photon Source (APS), Argonne National Laboratory. HPCAT operations are supported by DOENNSA under Award No. DE-NA0001974 and DOE-BES under Award No. DEFG02-99ER45775, with partial instrumentation funding by NSF. APS is supported by DOE-BES, under Contract No. DE-AC02-06CH11357. This work is also supported by UNLV High Pressure Science and Engineering Center (HiPSEC), which is a DOE NNSA Center of Excellence operated under Cooperative Agreement DE-FC52-06NA27684, and UNLV start-up funding to Y. Zhao. This research is partially supported by Los Alamos National Laboratory, which is operated by Los Alamos National Security LLC under DOE Contract DE-AC52-06NA25396. HPSynC is supported as part of EFree, an Energy Frontier Research Center funded by DOE−BES under Grant DE-SC0001057. en Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Сверхтвердые материалы Получение, структура, свойства Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ |
| spellingShingle |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ Wang, S. Yu, X. Zhang, J. Zhang, Y. Wang, L. Leinenweber, K. Xu, H. Popov, D. Park, Ch. Yang, W. He, D. Zhao, Y. Получение, структура, свойства |
| title_short |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ |
| title_full |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ |
| title_fullStr |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ |
| title_full_unstemmed |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ |
| title_sort |
crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized crb₂ and crb₄ |
| author |
Wang, S. Yu, X. Zhang, J. Zhang, Y. Wang, L. Leinenweber, K. Xu, H. Popov, D. Park, Ch. Yang, W. He, D. Zhao, Y. |
| author_facet |
Wang, S. Yu, X. Zhang, J. Zhang, Y. Wang, L. Leinenweber, K. Xu, H. Popov, D. Park, Ch. Yang, W. He, D. Zhao, Y. |
| topic |
Получение, структура, свойства |
| topic_facet |
Получение, структура, свойства |
| publishDate |
2014 |
| language |
English |
| container_title |
Сверхтвердые материалы |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| format |
Article |
| description |
Chromium tetraboride (CrB₄), a recently proposed candidate for superhard materials, has been synthesized at high pressure and temperature by a solid-state reaction. As a byproduct, chromium diboride (CrB₂) also forms and co-exists with CrB₄ in the final product. The comparative studies of crystal structure, elastic property, and hardness of both phases have been conducted at the same sample environment conditions. The crystal structure of CrB₄ has been refined with an orthorhombic symmetry of Immm (space group no. 71) or Pnnm (space group no. 58) using X-ray diffraction data. Further simulations indicate that the structural distinction between Immm and Pnnm can be resolved by neutron diffraction, due to the high scattering cross-section of boron (11B) by neutrons. Although CrB₂ and CrB₄ have close bulk modulus at about 230 GPa, the measured asymptotic Vickers hardness yields 16 GPa for CrB₂ but 30 GPa for CrB₄, which is nearly two times that of CrB₂. The dramatic enhancement in hardness in CrB₄ is attributed to the strong three-dimensional Cr–B network, in contrast to the layered lattice structure of hexagonal CrB₂.
Тетраборид хрому (CrB₄), недавно запропонований як перспективний надтвердий матеріал, був синтезований при високому тиску і температурі шляхом твердофазної реакції. Як побічний продукт, утворюється також диборид хрому (CrB₂) і співіснує з CrB₄ в кінцевому продукті. Проведено порівняльне вивчення кристалічної структури, пружних властивостей і твердості обох фаз при однакових умовах навколишнього середовища. З використанням даних дифракції рентгенівських променів кристалічна структура CrB₄ визначена як та, що має орторомбічну симетрію Immm (просторова група № 71) або Pnnm (просторова група № 58). Подальші модельні експерименти показують, що структурну відмінність між Immm і Pnnm можна визначити методом нейтронної дифракції завдяки високому перерізу розсіювання бору (11B) нейтронами. Хоча CrB₂ і CrB₄ мають близький модуль об’ємного стиску ~ 230 ГПа, асимптотично виміряна твердість за Вікерсу дорівнює 16 ГПа для CrB₂, але 30 ГПа для CrB₄, що майже в два рази більше, ніж для CrB₂. Різке підвищення твердості в CrB₄ пов’язують із сильною тривимірної сіткою Cr–B, на відміну від шаруватої структури ґратки гексагонального CrB₂.
Тетраборид хрома (CrB₄), недавно предложенный как перспективный сверхтвердый материал, был синтезирован при высоком давлении и температуре путем твердофазной реакции. Как побочный продукт, образуется также диборид хрома (CrB₂) и сосуществует с CrB₄ в конечном продукте. Проведено сравнительное изучение кристаллической структуры, упругих свойств и твердости обеих фаз при одинаковых условиях окружающей среды. С использованием данных дифракции рентгеновских лучей кристаллическая структура CrB₄ определена как имеющая орторомбическую симметрию Immm (пространственная группа № 71) или Pnnm (пространственная группа № 58). Дальнейшие модельные эксперименты показывают, что структурное различие между Immm и Pnnm может быть можно определить методом нейтронной дифракции благодаря высокому сечению рассеяния бора (11B) нейтронами. Хотя CrB₂ и CrB₄ имеют близкий модуль объемного сжатия ~ 230 ГПа, асимптотически измеренная твердость по Викерсу равна 16 ГПа для CrB₂, но 30 ГПа для CrB₄, что почти в два раза больше, чем для CrB₂. Резкое повышение твердости в CrB₄ связывают с сильной трехмерной сеткой Cr–B, в отличие от слоистой структуры решетки гексагонального CrB₂.
|
| issn |
0203-3119 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/126122 |
| citation_txt |
Crystal structures, elastic properties, and hardness of high-pressure synthesized CrB₂ and CrB₄ / S. Wang, X. Yu, J. Zhang, Y. Zhang, L. Wang, K. Leinenweber, H. Xu, D. Popov, Ch. Park, W. Yang, D. He, Y. Zhao // Сверхтвердые материалы. — 2014. — № 4. — С. 78-88. — Бібліогр.: 37 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT wangs crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT yux crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT zhangj crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT zhangy crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT wangl crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT leinenweberk crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT xuh crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT popovd crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT parkch crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT yangw crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT hed crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 AT zhaoy crystalstructureselasticpropertiesandhardnessofhighpressuresynthesizedcrb2andcrb4 |
| first_indexed |
2025-12-07T19:14:22Z |
| last_indexed |
2025-12-07T19:14:22Z |
| _version_ |
1850878053789466624 |