擁有極高硬度、韌性和穩定性的納米孿晶立方氮化硼(nt-cBN)在材料領域備受關注。2014年，燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君教授領導的研究小組與多家科研機構合作，利用高溫高壓技術成功合成出超高硬度(硬度兩倍于天然金剛石)的納米孿晶結構立方氮化硼塊材。相關研究成果發表于Nature上。

        近日，田永君教授團隊在Science China Materials上發表研究論文，他們發現nt-cBN的組織結構和機械性能與合成過程中使用的前驅物洋蔥式氮化硼(oBN)的粒徑變化密切相關。隨著前驅物oBN的粒徑從~320 nm減小到~90 nm，合成的納米結構塊材的硬度從61 GPa逐漸提高到108 GPa。表明大粒徑的oBN擁有和普通六方氮化硼類似的平整、有序的外層結構，這與小粒徑的oBN納米粒子中存在大量彎曲、褶皺的氮化硼原子層及高密度層錯的結構特點形成鮮明對比；大粒徑oBN前驅物中的這些有序結構顯著減少了最終產物中超細孿晶亞結構的含量，從而導致相應產物硬度的下降。

        本研究表明，只有粒徑足夠小的oBN前驅物才能合成出擁有高密度超細納米孿晶結構且性能優異的nt-cBN。為進一步提高此類納米孿晶材料的性能提供了一種切實可行的方案。

圖1 cBN的微觀結構。

圖 2 cBN在不同壓力下的維氏硬度。

     該研究成果最近發表于Science China Materials, 2019, doi.org/10.1007/s40843-019-9409-1