Interaction During Barothermal Processing of Wurtzite Boron Nitride with Diamonds Obtained under Different Synthesis Conditions

Abstract

Наведено результати дослідження взаємодії при тиску p = 7,7 ГПа і температурі T = 1600 і 1800 °С вюртцітного нітриду бору, попередньо підданого деформаційній обробці шляхом 4-х кратної прокатки і який має розмір часток в розвиненій площині 0,1...1,5 мкм, і алмазних порошків різного походження – отриманого в умовах статичного синтезу у присутності метала-розчинника і ударно-хвильовим синтезом з вуглецевого матеріалу. Алмазна складова мала такі розміри – субмікронні порошки статичного синтезу 0,1/0 мкм; алмази динамічного синтезу – 5...12 нм. Вихідна шихта перед баротермічною обробкою складалася з 90 мас. % BNв і 10 мас. % алмазів. Тривалість дії температури під тиском становила τ = 60 с і τ = 120 с. Рентгенівська зйомка зразків виконувалася на дифрактометрі ДРОН-3 в мідному Cu-Kα випромінюванні з графітовим монохроматором і цифровою реєстрацією відображень в автоматичному режимі з кроковим переміщенням 0,1° і тривалістю експозиції в кожній точці 4°. Встановлено, що при контактній взаємодії BNв з алмазами має місце розчинення алмазу в нітриді бору з утворенням твердого розчину BNC, залежне від p, T параметрів процесу і способу отримання алмазів. При температурі T = 1600 °С взаємодія BNв з алмазною складовою відсутня. Підвищення температури до T = 1800 °С призводить до розчинення алмазів в нітриді бору, і їх кількість залежить від часу впливу температури, причому взаємодія алмазів динамічного синтезу відбувається в більшій мірі. Спостерігається гомогенізація розчину BNC. Для визначення взаємної розчинності речовин застосований закон Вегарда, і встановлено кількісний вміст розчиненого алмазу в сфалеритному нітриді бору, який для алмазів динамічного синтезу у 2 рази більше, ніж для алмазів статичного синтезу. Більш висока активність алмазів динамічного синтезу обумовлена особливістю їх кристалічної будови – високою дисперсністю і дисторсією. Розчинення алмазів в BNв має дифузний характер.

We present the results of a study of the interaction at a pressure p = 7.7 GPa and a temperature T = 1600 °C and 1800 °C of wurtzite boron nitride, previously subjected to deformation processing by 4-fold rolling and having a particle size in the developed plane of 0.1...1.5 microns, and diamond powders of various origin obtained under conditions of static synthesis in the presence of a metal solvent and shockwave synthesis from carbon material. The diamond component had the following sizes: submicron powders of static synthesis of 0.1/0 microns, dynamic synthesis diamonds 5...12 nm. The initial charge before barothermal treatment consisted of 90 wt. % BNw and 10 wt. % diamonds. The duration of exposure to temperature under pressure was τ = 60 s and τ = 120 s. X-ray photography of the samples was carried out on a DRON-3 diffractometer in copper Cu-Kα radiation with a graphite monochromator and digital recording of reflections in the automatic mode with a step movement of 0.1° and exposure duration at each point of 4°. It was found that in the contact interaction of BNw with diamonds, diamond dissolves in boron nitride with the formation of a BNC solid solution, which depends on p, T of the process parameters and the method for producing diamonds. At a temperature T = 1600 °С, there is no interaction of BNw with the diamond component. An increase in temperature to T = 1800 °C leads to the dissolution of diamonds in boron nitride, and their number depends on the time of exposure to temperature, and the interaction of dynamic synthesis diamonds occurs to a greater extent. Homogenization of the BNC solution is observed. To determine the mutual solubility of substances, Vegard's law was applied, and the quantitative content of dissolved diamond in sphalerite boron nitride was established, which is 2 times greater for dynamic synthesis diamonds than for static synthesis diamonds. The higher activity of dynamic synthesis diamonds is due to the feature of their crystalline structure – high dispersion and distortion. The dissolution of diamonds in BNw has a diffusion character.