В монографии обобщены результаты исследований фазовых превращений в углероде и нитриде бора под действием высоких давлений и температур. Впервые систематически рассмотрены закономерности и механизм «прямых» фазовых превращений, осуществляемых в твердом состоянии без участия каталитических или растворяющих добавок. Большое внимание уделено рассмотрению особенностей реальной кристаллической структуры различных модификаций углерода и нитрида бора, а также методов ее анализа.
Рассчитана на научных работников в области физики твердого тела и физического материаловедения; может быть полезна специалистам, занимающимся получением искусственных алмазов и других сверхтвердых материалов.
Ил. 87 Тябл_ 3Q Кибпипгп • г 171__1ЯК С4П1 няап ^
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблема фазовых превращений в углероде и нитриде бора все больше привлекает внимание исследователей и в настоящее время стала одной из важнейших в физике твердого тела и материаловедении. Объясняется это тем, что фазовые превращения в углероде и нитриде бора дают возможность радикально изменить структуру и связанные с ней свойства кристаллов. Так, под действием достаточно высоких давлений слоистые структуры графита и графитоподобного нитрида бора (наиболее деформативные) превращаются в плотные структуры с тетраэдрической координацией атомов — алмаза и алмазоподобного нитрида бора, не имеющие себе равных по твердости. С практической точки зрения важно то, что сверхтвердые фазы углерода и нитрида бора, образующиеся при высоких давлениях, могут существовать в относительно устойчивом состоянии при нормальных условиях и превращаться в слоистые структуры только при высоких температурах. В настоящее время на основе алмаза и алмазоподобных форм нитрида бора созданы многие сверхтвердые материалы инструментального назначения, которые успешно конкурируют с инструментом из природного алмаза, а в некоторых отно шениях существенно его превосходят.
О. И. Лейпунский еще в 1939 г., т. е. за 15 лет до первых успешных опытов по получению искусственного алмаза, с помощью физико-химических расчетов диа^ граммы состояния углерода определил условия превращения графита в алмаз; что впоследствии подтвердилось на практике. Осуществление фазовых превращений в углероде, а также в нитриде бора, с образованием сверхтвердых тетраэдри-ческих фаз оказалось возможным в результате интенсивного развития физики и техники высоких давлений. В этой области исследований большие результаты были достигнуты П. Бриджменом и Л. Ф. Верещагиным. Эти ученые заложили основы техники высоких давлений и изучения поведения веществ в условиях статического сжатия.
Впервые образцы искусственного алмаза и кубического нитрида бора получены в 1953—1957 гг. в США (Банди, Венторф и др.), несколько позже в Швеции, Великобритании. В Советском Союзе сверхтвердые фазы высокого давления углерода и нитрида бора впервые получены группой исследователей под руководством академика Л. Ф. Верещагина (1959г.). Эти эксперименты проводились при высоких статических давлениях с участием активирующих фазовые превращения добавок (так называемый каталитический синтез алмаза и кубического нитр-ида бора). Впоследствии были предложены и другие методы получения фаз высокого давления, расширившие возможности варьирования их структуры и свойств. В частности, были развиты методы, основанные на осуществлении прямых
1* J
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ......................... 3-
ГЛАВА I
Полиморфизм углерода и нитрида бора................. &
Термодинамический аспект полиморфизма............... 6
Структурный аспект полиморфизма .................. 17
Кристаллическая структура различных модификаций.......... 22
Физические свойства основных модификаций.............. 33
Г Л А В А 2
39 40
Несовершенства кристаллического строения и текстура различных модификаций ...............................
Аморфные и турбостратные структуры углерода и нитрида бора...... w
Частично трехмерно упорядоченные слоистые структуры, дефекты упаковки 45
Дислокации в слоистых структурах, двойникование........... 55
Текстура гексагональных модификаций и ее учет при дифракционных исследованиях ............................ 59
Несовершенства тетраэдрических структур ...............65
Ориентированные искажения и стабильность тетраэдрических структур . . .72 Г Л А в А з
Структурные и фазовые превращения твердых тел при высоких давлениях
Статическое и ударное сжатие твердых тел............... 77
Изменения реальной структуры под действием ударного сжатия..... 82
Особенности фазовых превращений при статическом и ударном сжатии . . 84 Г л А В А 4
Структурные изменения в графите и графитоподобном нитриде бора под действием высоких температур и давлений ............... 91
Упорядочение слоистых структур, графитация углерода......... 91
Разупорядочение трехмерной структуры графита под действием высоких давлений ............................. 95
Влияние ударного и статического сжатия на структурное состояние графито-
подобного нитрида бора ..................... 99
Г л(А в А. 5
Фазовые превращения при высоких давлениях с участием катализаторов-растворителей ............................104
Основные закономерности каталитического синтеза алмаза и кубического нитрида бора ............................104
Роль катализаторов-растворителей в процессах фазовых превращений при
высоких давлениях ....................... 108
Классификация фазовых превращений при высоких давлениях......113
ГЛАВА 6
Основные закономерности прямых фазовых превращений при высоких давлениях ........................... _ 116
Превращения в нитриде бора при высоких статических давлениях • '^
Превращения в нитриде бора при ударном сжатии........'.'.'.. №1
Превращения графит -> алмаз и графит -> лонсдейлит .....'.'.'.'. 125
г л А в А 7
Механизм прямых фазовых превращений ................ 131
Мартенситные превращения графита и BNr..........'.'.'.'.'. 131
Особенности кристаллического строения мартенситных фаз........ 141
Диффузионные превращения в нитриде бора; структура гексанита-Р .' . . 148
ГЛАВ A s
Превращения алмаза и алмазоподобных модификаций нитрида бора при
высоких температурах ........................ 154
Превращение вюрцитного нитрида бора в графитоподобный........ 155
Превращение сфалеритного нитрида бора в графитоподобный....... 163
Превращение алмаза в графит..................... 166
Список сокращений .................... 170
Список литературы 171
Цена: 150руб.
