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立方氮化硼比金刚石强的地方有哪些?

作者: admin 时间:2021-01-14 来源:未知
摘要:提到材料界的硬汉,大家一定会想起天然界中最硬的物质金刚石。不过随着材料制备水平的提高,继人工合成金刚石后,科学家又发挥联想,采用了类似于合成金刚石的原料、设备和技术创造...

提到材料界的“硬汉”,大家一定会想起天然界中最硬的物质“金刚石”。不过随着材料制备水平的提高,继人工合成金刚石后,科学家又发挥联想,采用了类似于合成金刚石的原料、设备和技术创造出了另一种超硬无机材料,那就是立方氮化硼(c-BN)。金刚石(C)和立方氮化硼(c-BN)的结构示意图立方氮化硼除了具有与与金刚石类似优异物理、化学特性,如超高硬度(仅次于金刚石)、高耐磨性、低摩擦系数、低热膨胀系数等,同时还具有一些优于金刚石的特性,具体可看下表。两者都是处于超硬材料金字塔顶端的存在,集许多优异性能于一身。从上表也可以看出:由于结构上的相似,立方氮化硼的许多物理性能与金刚石十分相似,如高的硬度(仅次于金刚石),宽的带隙,高的电阻率,高的热稳定性和化学稳定性等等。但另一方面,立方氮化硼的某些性能又优于金剐石,
主要表现在以下几个方面:
①立方氮化硼的抗氧化能力明显高于金刚石;
②立方氮化硼与铁族元素之间呈高惰性,而且在加工铁系台金时不会发生粘屑现象。这一优点使得它在用作高速切削刀具时具有明显的优势;
③通过控制掺杂类型,立方氮化硼既可以成为n型半导体又可以成为p型半导体,但金刚石一般只能掺杂成n型半导体;
④立方氮化硼可作为生长某些半导体的衬底材料。以上这些金刚石无法比拟的优势,让立方氮化硼具有了更广泛的用途。比如在电子和光电子器件的研制方面,由于在c-BN的高温合成过程中,添加Be可得到P型半导体,添加S、C、Si等可得到n型半导体,因此Mishima等人得以在高温高压下用c-BN制成p-n结。该p-n结可以在650℃的高温条件下工作,这为c-BN在高温电子器件和高温短波长光电子器件方面的广泛应用奠定了基础。立方氮化硼除此之外,立方氮化硼还是生长某些半导体的理想衬底材料。目前的半导体蓝绿光发光器件都是在晶格失配很大的蓝宝石上生长的,这不仅在发光器件中造成了大量的缺陷,严重影响了器件性能,而且由于蓝宝石中的氧会向器件的发光层中扩散,对器件的性能造成了进一步的损害。用立方氮化硼晶体作为衬底材料可以解决上述问题,提高短波长发光器件的性能,从而满足半导体光电子器件行业中的需要。
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