Іценко Павло Петрович. Діаграма стану і закономірності синтезу кубічного нітриду бору в системі Mg-B-N

Краткое описание

Іценко Павло Петрович. Діаграма стану і закономірності синтезу кубічного нітриду бору в системі Mg-B-N : Дис... канд. наук: 05.02.01 - 2006.

Іценко П. Діаграма стану і закономірності синтезу кубічного нітриду бору в системі MgBN.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 матеріалознавство. - Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Київ, 2006.
Методами гартування від високого тиску, металографічного, рентгенівського та мікрорентгеноспектрального аналізів, а також in situ методом енергодисперсійної дифрактометрії експериментально вивчені фазові рівноваги при тиску 05,5 ГПа та синтез кубічного нітриду бору у системі MgBN. Шляхом термодинамічного розрахунку з застосуванням одержаних експериментальних даних побудовані діаграми стану систем MgBN та MgB при тиску 4,5 ГПа. Система MgB характеризується наявністю трьох евтектичних та однієї перитектичної рівноваги, при цьому бориди MgB2і MgB7плавляться конгруентно, а борид MgB4 інконгруентно. В системі MgBN існує сім нонваріантних чотирифазних рівноваг, шість з яких перитектичні, а одна евтектична. Встановлена мінімальна температура кристалізації cBN з розчину у розплаві (1600 К при 4,5 ГПа).
Проведено порівняльний синтез cBN в системі MgBN за промисловою технологією при застосуванні різних розчинників. Визначені мінімальні р, Т параметри переходу hBNcBN та проведено порівняння одержаних кристалів cBN. Розроблено новий склад шихти з суміші hBN, Mg та Mg3N2для синтезу кубічного нітриду бору, застосування якої знижує температуру синтезу.

У роботі вирішена актуальна науково-технічна задача, яка полягає в побудові діаграми стану системи MgBN та встановленні закономірностей синтезу кубічного нітриду бору в цій системі, внаслідок чого удосконалена методика синтезу cBN.
В результаті проведених комплексних досліджень та термодинамічного розрахунку отримані наступні результати:

Шляхом гартувальних експериментів, а такожin situметодом енергодисперсійної дифрактометрії проведено комплексні дослідження фазових рівноваг в системі MgBN при тисках до 5,5 ГПа і температурах до 2000 К. Встановлено склад фаз та послідовність їх кристалізації.
Встановлено, що кристалізації кубічного нітриду бору з розчину у розплаві потрійної системи MgBN при високих тисках і температурах передує інконгруентне плавлення сполук MgB2та Mg3B2N4або MgB4за перитектичними реакціями.
Визначено р,Т,с-параметри утворення дибориду магнію MgB2в системах MgB та MgBN. В системі MgB диборид магнію можна отримати в результаті твердофазної реакції магнію та бору (860 К при 2,8 ГПа та 1060 К при 5,5 ГПа). Краща якість кристалів дибориду магнію, синтезованого при високих тисках в ампулах з гексагонального нітриду бору, пояснюється наявністю в системі рідкої фази. В системі MgBN кристалізація MgB2при 4,5 ГПа відбувається в діапазоні температур 8251800 К.
Результати досліджень використані для знаходження параметрів взаємодії у феноменологічних моделях фаз вивченої системи. Виконано термодинамічний розрахунок діаграми плавкості подвійної системи MgB та фазових рівноваг за участю нітриду бору і боридів магнію в потрійній системі MgBN при тиску 4,5 ГПа.

Подвійна система MgB характеризується наявністю трьох евтектичних L D Mg + MgB2(840 К), L D MgB2+ MgB4(2140 К), L D MgB7+ B (2300 К) і одної перитектичної L + MgB7D MgB4(2230 К) рівноваг, при цьому бориди MgB2і MgB7плавляться конгруентно, а борид MgB4 інконгруентно. Рівноваги рідкої фази з боридом MgB12є метастабільними як при атмосферному тиску, так і при 4,5 ГПа.
Система MgBN характеризується наявністю семи нонваріантних чотирифазних рівноваг. Це шість перитектичних L + B D MgB7+ BN (2150 К), L + MgB7D MgB4+ BN (1920 К), L + MgB4D MgB2+ BN (1800 К), L + BN D Mg3B2N4+ MgB2(1600 К), L + Mg3B2N4D Mg3BN3+ MgB2, L + Mg3BN3D Mg3N2+ MgB2, та одна евтектична L D Mg + Mg3N2+ MgB2(близько 800-820 К).

Визначено мінімальну температуру кристалізації cBN з розчину в розплаві. При 4,5 ГПа вона складає 1600 К і відповідає температурі стабільної рівноваги кубічного нітриду бору з рідкою фазою складу 46 Mg, 21 В, 33 N (мол.%) в площині перитектичної рівноваги L + BN D Mg3B2N4+ MgB2.
Здійснено синтез cBN за промисловою технологією в системах Mg3N2BN, MgBN та MgB2BN. Проведено порівняння виходу кінцевого продукту, описано кристалографічні характеристики отриманого cBN. Визначено р,Т-області синтезу cBN у системі MgBN з вихідної сировини різного складу. Підтверджено, що р,Т-параметри утворення кубічного нітриду бору є мінімальними у випадку використання в якості розчинника Mg3N2.
Проведено синтез кубічного нітриду бору з застосуванням експериментальної реакційної шихти, склад якої був розроблений за результатами даної роботи. Синтез cBN з запропонованої суміші відбувається при температурі нижчій, ніж з шихти серійного складу, а отриманий продукт за своїми властивостями близький до отриманого в системі Mg3N2BN.