Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях

Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях

Phase interaction in the B–BN system has been studied at high pressure and temperature. Experimental investigations of boron subnitrides B₆N and B₅₀N₂ formation have been carried out. The phase diagram of the B–BN system at 5 GPa was thermodynamically calculated.

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2006
Hauptverfasser: Туркевич, В.З., Соложенко, В.Л., Туркевич, Д.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2006
Schriftenreihe:Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134906
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях / В.З. Туркевич, В.Л. Соложенко, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2006. — Вип. 9. — С. 163-167. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134906
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1349062025-02-23T17:41:55Z Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях Туркевич, В.З. Соложенко, В.Л. Туркевич, Д.В. Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов Phase interaction in the B–BN system has been studied at high pressure and temperature. Experimental investigations of boron subnitrides B₆N and B₅₀N₂ formation have been carried out. The phase diagram of the B–BN system at 5 GPa was thermodynamically calculated. 2006 Article Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях / В.З. Туркевич, В.Л. Соложенко, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2006. — Вип. 9. — С. 163-167. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134906 541.1:546.273.171 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
spellingShingle Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
Туркевич, В.З.
Соложенко, В.Л.
Туркевич, Д.В.
Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
description Phase interaction in the B–BN system has been studied at high pressure and temperature. Experimental investigations of boron subnitrides B₆N and B₅₀N₂ formation have been carried out. The phase diagram of the B–BN system at 5 GPa was thermodynamically calculated.
format Article
author Туркевич, В.З.
Соложенко, В.Л.
Туркевич, Д.В.
author_facet Туркевич, В.З.
Соложенко, В.Л.
Туркевич, Д.В.
author_sort Туркевич, В.З.
title Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
title_short Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
title_full Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
title_fullStr Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
title_full_unstemmed Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях
title_sort взаимодействие фаз в системе b–bn при высоких давлениях
publisher Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate 2006
topic_facet Синтез, спекание и свойства сверхтвердых материалов
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134906
citation_txt Взаимодействие фаз в системе B–BN при высоких давлениях / В.З. Туркевич, В.Л. Соложенко, Д.В. Туркевич // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2006. — Вип. 9. — С. 163-167. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv AT turkevičvz vzaimodejstviefazvsistemebbnprivysokihdavleniâh
AT soloženkovl vzaimodejstviefazvsistemebbnprivysokihdavleniâh
AT turkevičdv vzaimodejstviefazvsistemebbnprivysokihdavleniâh
first_indexed 2025-11-24T04:31:08Z
last_indexed 2025-11-24T04:31:08Z
_version_ 1849644725029568512
fulltext Выпуск 9. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 163 УДК 541.1:546.273.171 В. З. Туркевич1; В. Л. Соложенко2, доктора хим. наук; Д. В. Туркевич1, аспирант 1Институт сверхтвердых материалов им. В. Н. Бакуля НАН Украины, г. Киев, Украина 2Лаборатория механических и термодинамических свойств материалов Национального центра научных исследований, г. Париж, Франция ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФАЗ В СИСТЕМЕ В–ВN ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ Phase interaction in the B–BN system has been studied at high pressure and temperature. Experimental investigations of boron subnitrides B6N and B50N2 formation have been carried out. The phase diagram of the B–BN system at 5 GPa was thermodynamically calculated. Богатые бором соединения стали основой для создания целого ряда тугоплавких ве- ществ, многие из которых обладают уникальными кристаллографическими характеристика- ми и физико-химическими свойствами, связанными с малой длиной ковалентной связи ато- мов в этих соединениях. Первичная информация о получении соединения со стехиометрией B4N методом оса- ждения из паровой фазы (CVD) опубликована в работах [1,2]. Впервые о синтезе субнитрида бора B6N1-x со структурой -ромбоэдрического бора в результате протекания реакции 5B+BN→B6N было сообщено в работе [3]. Стехиометрия соединения В6N установлена методом спектроскопии электронных потерь (EELS). Рентге- новские спектры соединения аналогичны спектрам В6О. Это свидетельствует о том, что B6N относится к тому же структурному типу, что и В6О, и соответствует -ромбоэдрическому бору. Параметры решетки субнитрида бора B6N составили ah=5,457 Å и ch=12,241 Å. Синте- зированный материал представлял собой хорошо спеченный образец со взаимно проросши- ми кристаллами без видимых граней. Еще одно свидетельство взаимодействия субоксида бора В6О с графитоподобным нитридом бора при температурах более 2300 К и давлении 4 ГПа получено в работе [4]. Было обнаружено образование в результате указанного взаимодействия сверхтвердой индивиду- альной фазы, предположительно B6(О,N). В настоящей работе проведено экспериментальное изучение взаимодействия фаз в системе B–BN при высоких давлениях и температурах и на основе полученных данных вы- полнен термодинамический расчет диаграммы состояния системы B–BN при давлении 5 ГПа. В качестве исходных материалов для изучения фазовых равновесий использовали нитрид бора (99,8 %, Alfa), высокочистый (общее содержание примесей менее 0,2 % (по мас- се) β-ромбоэдрический бор (R3-MH, a = 10.932 Å, c =23.819 Å), полученный в Институте проблем материаловедения НАН Украины путем дуговой переплавки аморфного бора в ат- мосфере аргона. Составы реакционных смесей, использованных в настоящей работе, приведены в таб- лице. Эксперименты при высоких давлениях и температурах проводили с помощью многопуансонного аппарата MAX80. Регистрацию дифрактограмм осуществляли in situ методом энергодисперсионной дифрактометрии на станции F2.1 синхротрона DORIS III (HASYLAB-DESY). РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВАСВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 164 Таблица. Составы исходных смесей В–BN Содержание, % (mol) Образец B BN 100 0 («В50N2») 96 4 («B6N») 83,3 16,7 80 20 Конструкция ячейки высокого давления и методика проведения экспериментов были подробно описаны ранее [5,6]. Температуру образца измеряли термопарой Pt-10%Rh/Pt, спай которой находился на расстоянии 300 мкм от точки пересечения первичного и дифрагированного пучков. Температуры выше 2000 К оценивали путем экстраполяции ка- либровочной кривой «мощность нагревания – температура», построенной для интервала 300–1950 К. Давление при различных температурах определяли по параметру решетки высокоупорядоченного (P3 = 0,980,02) графитоподобного гексагонального нитрида бора с использованием p-V-T–уравнения состояния, предложенного в [6]. Нагружение образцов до требуемого давления (5 ГПа) проводили при комнатной температуре, а затем температуру ячейки высокого давления повышали до 800 К. После изотермической выдержки в течение 1 мин нагревание продолжали со скоростью 10 К/мин, при этом каждые 30 с проводили регистрацию дифракционных спектров образца в режиме «autosequence». Фазовый анализ закаленных образцов и определение параметров решетки субнитри- дов бора проводили методом рентгеновской дифрактометрии на автоматизированном ди- фрактометре Seifert MZIII (излучение CuK, λ = 1,54187 Å). Исследование чистого бора (образец 1) показало, что его температура плавления при давлении 5 ГПа составляет 2450 К, что хорошо согласуется с данными работы [7]. Температура плавления образца 2 при давлении 5 ГПа оказалась приблизительно рав- ной температуре плавления чистого бора (2450 К). Спектры, полученные в процессе нагре- вания этого образца, практически не отличаются от спектров образца 1. Однако, рентгенофа- зовый анализ закаленного образца показал наличие в нем, кроме бора, и субнитрида бора B50N2. При нагревании образцов 3 и 4 на дифракционном спектре первыми исчезали линии бора при 2450 К в результате его плавления. Последующее нагревание образца 3 привело к исчезновению линий hBN при 2500 К, в то время как для образца 4 линии гексагонального графитоподобного нитрида бора наблюдались до самых высоких температур, достигнутых при проведении эксперимента (2600 К). Рентгеновские спектры закаленных образцов №3 и №4 характеризуются наличием линий бора, субнитридов бора B50N2 и B6N. В образце 4 име- ется значительное количество hBN. Описанная выше совокупность экспериментальных данных может быть объяснена образованием в системе B–BN при 5 ГПа субнитридов бора B6N и B50N2 в процессе охлажде- ния жидкой фазы по перитектическим реакциям при 2500 и 2450 К соответственно. Эти экс- периментальные данные использованы для нахождения неизвестных параметров моделей при термодинамическом анализе и расчете диаграммы состояния системы B–BN наряду с информацией о термодинамике фаз, имеющейся в литературе. Термодинамический потенциал жидкой фазы был описан в приближении регулярных растворов:   BNBBNBNBB L BN o BN L B o B L m xWxxxxxRTGxGxG  lnln , (1) Выпуск 9. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 165 где L BN oL B o GG , – мольные энергии Гиббса бора и нитрида бора ВN в жидком состоя- нии; 20000W Дж/моль – рассчитанный нами параметр взаимодействия. Вследствие низкой взаимной растворимости в твердом состоянии кристаллические β-ромбоэдрический бор, нитрид бора ВN и субнитриды бора В6N и B50N2 описаны как фазы постоянного состава. Температурные зависимости термодинамического потенциала кристал- лического В взяты из [8], ВN – из [9]. Свободные энергии Гиббса субнитридов бора рассчи- таны по выражениям:   1550057/1 6  BNBNB GGG Дж/моль; (2)   7700024852/1 250  BNBNB GGG Дж/моль, (3) в которых энергии образования определены путем решения обратной задачи, т.е. по данным о фазовых равновесиях. Высокие давления вызывают увеличение энергии Гиббса каждой фазы на величину dpV p m  0 , где  mV – мольный объем фазы . Для расчетов, выполненных в настоящей работе, барические вклады в термодинамический потенциал hBN, cBN и жидкого нитрида бора вы- ражены так же, как в работе [9]. Величины мольного объема B6N (4,54·10-6 м3/моль) и B50N2 (4,428·10-6 м3/моль) были определены на основе рентгеновских данных. Мольный объем - бора (3,82∙10-6 м3/моль) и его увеличение при плавлении (0,2143∙10-6 м3/моль) взяты из рабо- ты [10]. Объем жидкой фазы был рассчитан в приближении нулевого объема смешения по формуле: L BNBN L BB L m VxVxV  . (4) Диаграмма состояния системы B–BN при 5 ГПа, рассчитанная с учетом перечислен- ных допущений, представлена на рисунке. Диаграмма характеризуется наличием двух пери- тектических − L+BN⇆B6N, L+B6N⇆B50N2 и одного эвтектического равновесий: L ⇆ В + В50N2. Вследствие общей тенденции к незавершенности, присущей перитектическим реакци- ям, закалка образцов 2 – 4 не приводит к получению монофазного материала. При охлажде- нии даже после завершения перитектических реакций L+BN⇆B6N и L+B6N⇆B50N2 остается некоторое количество жидкой фазы, состав которой изменяется по линии ликвидус до точки эвтектики L⇆ В + В50N2. В результате этого в продуктах закалки присутствует бор. РАЗДЕЛ 2. СИНТЕЗ, СПЕКАНИЕ И СВОЙСТВАСВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ 166 3600 3400 3200 3000 0 2800 2600 0 2400 2200 2000 Т ем пе ра ту ра ,К B B6N BN L L+cBN B6N+cBN L+B6N L+hBN 50 7525 BN, ат. %B50N2 B 6N + B 50 N 2 B + B 50 N 2 Рисунок. Диаграмма состояния системы B–BN при давлении 5 ГПа. Таким образом, в настоящей работе химическое взаимодействие в системе B–BN изу- чено in situ при давлении 5 ГПа и температурах до 2600 К методами дифракции синхротрон- ного излучения и закалки. Исследованы фазовые соотношения в системе В–BN и установле- но существование двух инконгруэнтно плавящихся субнитридов бора B50N2 и B6N. На основе использования полученных экспериментальных данных проведен термодинамический расчет диаграммы состояния системы В–BN при давлении 5 ГПа. Литература. 1. Saitoh H., Yoshida K., Yarbrough W. A. Crystal structure of new composition boron- rich boron nitride using Raman spectroscopy // J. Mater. Res. – 1993. – 8, N.1 – P. 8– 11. 2. Condon J. B., Holcombe C. E., Johnson D. H., and Steckel L. M. The kinetics of the bo- ron plus nitrogen reaction // Inorg. Chem. – 15, iss.9. – P. 2173–2179. 3. Hubert H., Garvie L. A. J., Buseck P. S., Petuskey W. T., McMillan P. F. High- pressure, high-temperature syntheses in the B–C–N–O system. Part 1. Preparation and characterization // J. of Solid State Chemistry. – 1997. – 133. – P. 356-364. 4. Шульженко А. А., Соколов А. Н., Дуб С. Н., Белявина Н. Н. Кристаллическая структура и характеристики сверхтвердых фаз, образующихся в системе B–B2O3– BNг при высоких давлениях и температурах // Сверхтвердые материалы. – 2000. – N 2. – С. 30–35. 5. Solozhenko V.L., Turkevich V.Z. High pressure phase equilibria in the Li3N-BN sys- tem: in situ studies // Materials Letters. – 1997. – 32. – P. 179–184. 6. Solozhenko V. L., Peun T. Compression and thermal expansion of hexagonal graphite- like boron nitride up to 7 GPa and 1800 K // J. Phys. Chem. Solids - 1997. – 58. – P. 1321–1323. Выпуск 9. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 167 7. Brazhkin V. V., Taniguchi T., Akaishi M., Popova S. V. Fabrication of -boron by chemical-reaction and melt-quenching methods at high pressures // J. Mater. Res. – 2004. – 19, N 6. – P. 1643–1648. 8. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание: В 4- х т. / Л. В. Гурвич, И. В. Вейц, В. А. Медведев и др. – 3–е изд. перераб. и расши- рен. –Т. IV. Кн. 2 – М.: Наука, 1982. – 502 с. 9. Solozhenko V. L. , Turkevich V. Z. , Holzapfel W. Refined phase diagram of boron nitride // J. Phys. Chem. B – 1999. 103, № 15. – P. 2903 – 2905. 10. Цагарейшвили Г. В., Тавадзе Ф. Н. Полупроводниковый бор. – М.: Наука, 1978. – 78 с. Поступила 25.03.2006 г.

Ähnliche Einträge