PDF《三元硼化物 AlMgB14 超硬材料的研究进展》

第45 卷第4期稀有金属材料与工程 Vol.

45, No.4

2016 年4月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING April

2016 收稿日期:2015-03-15 基金项目:国家自然科学基金 (51302226,51372207);

国家重点基础研究发展计划(

973 计划) (2011CBA00104);

陕西省自然基金项目 (2014JQ6198);

江苏省 双创计划 人才资助课题 作者简介:杨芳,女,1980 年生,博士,高级工程师,西北有色金属研究院超导材料研究所,陕西 西安 710016,

电话:029-86231079, E-mail: [email protected] 三元硼化物 AlMgB14 超硬材料的研究进展 杨芳1,闫 果2,李少强

2 ,李成山 1,3 ,熊晓梅

1 ,王庆阳

1 ,刘国庆

1 ,冯建情

1 (1. 西北有色金属研究院,陕西 西安 710016) (2. 西部超导材料科技股份有限公司,陕西 西安 710018) (3. 宝胜集团有限公司,江苏 扬州 225800) 摘要:AlMgB14 超硬材料具有高硬度、低密度、低摩擦系数、高热稳定性和良好的热电性能,可以应用于耐磨、切削 装备、微器件和微电子机械装置的保护涂层等领域.本文介绍了目前制备 AlMgB14 超硬材料的几种方法,详细介绍了 通过分步反应法在常压条件下合成 AlMgB14 超硬材料. 首先, 均匀混合 Mg 粉、 Al 粉、 B 粉和不同含量的 Ti 粉, 在850 ℃ 密闭氩气条件下烧结

2 h,得到 Al 和Ti 掺杂的 MgB2 块体;

第二步在真空条件下

1050 ℃下烧结 0.5 h 得到目标产物 AlMgB14-TiB2.微观结构显示 AlMgB14 晶粒细小,在晶界处有均匀细小的 TiB2 颗粒弥散分布.还介绍了 AlMgB14 块体 和薄膜的研究现状,论述了 AlMgB14 超硬材料未来的研究重点. 关键词:AlMgB14;

超硬材料;

研究进展 中图法分类号:TQ174 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2016)04-1088-05 三元硼化物AlMgB14是当前国际上超硬材料领域的 研究热点之一,近年来引起国内外学者的普遍关注[1-20] . 与金刚石和立方氮化硼等传统亚稳态超硬材料不同, AlMgB14 超硬材料属于平衡态材料[1,2] , 具有高硬度[3,4] 、 低密度[5,6] 、低摩擦系数[7] 、高热稳定性[8] 和良好的热电 性能[9-11] .美国 Ames 国家实验室首次系统报道了三 元硼化物 AlMgB14 超硬复合材料的合成及其特性[4] , 制备的 AlMgB14 晶体结构为二十面体正交结构,维 氏硬度达到 32~46 GPa,这基本上和立方氮化硼的 硬度相当. AlMgB14 材料相对金刚石具有更优良的抗磨损性 能,是一种新型的抗降解材料.AlMgB14 的密度仅为 2.66 g/cm3 ,远低于其它超硬材料(如金刚石和立方氮 化硼) ,而且在温度高达

1300 ℃时也不和碳钢、不锈 钢或钛合金反应,具有高热稳定性.AlMgB14 的电导 率远高于其它传统超硬材料,基本上和多晶硅的电导 率相当.AlMgB14 最吸引人的地方还在于其低廉的价 格,其制造成本比金刚石和立方氮化硼低 5~10 倍[7] . 这些优异的性能使得 AlMgB14 不但可以应用于耐磨、 保护涂层、切削装备制造等传统领域,还可以广泛应 用于热电器件、光电探测器、中子掩蔽体、微机械制 造及航空航天关键部件等先进科学领域.因此,发展 AlMgB14 超硬复合材料的制备新技术,并深入开展与 之相关的基础理论研究,具有重要的科学意义与现实 意义.

1 AlMgB14 块体的研究现状 在过去几十年中,人们对 B12 二十面体结构的富 硼化合物进行了大量研究, Matkovich 和Economy 最 早报道了 AlMgB14 [6] ,不久科学家们就确定了其晶体 结构[12] ,如图