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第22卷 第1期 高 压 物 理 学 报 Vol-22，No．1 2008年3月 CHINESE JOURNAL OF HIGH PRESSURE PHYSICS Mar．，2008 文章编号：1OOO一5773(2OO8)O卜0067—05 cBN晶体的Raman光谱测量 陈立学，朱品文，马红安，郭伟力，陈洪亮，宋艳丽，贾晓鹏，邹广田 (吉林大学超硬材料国家重点实验室，吉林长春 130012) 摘要：用R1000激光共聚焦Raman光谱仪研究了高温高压合成棒中的立方氮化硼(cBN) 晶体、原材料六方氮化硼(hBN)和催化剂。Raman光谱测量结果表明：伴随eBN晶体生长的 散射峰，出现了两条全新的Raman散射峰(约1 088 cm-1和约1 368 cm-1)。该散射峰所对应 的物质可能是在高温高压条件下hBN向eBN转变时生成的不完全产物——BN的一种新相。 这一结果将有助于进一步讨论eBN的生长机理。 关键词：立方氮化硼(cBN)；六方氮化硼(hBN)；Raman光谱 中图分类号：O521．2 文献标识码：A 1 引 言 目前，国内用hBN混合催化剂在高温高压条件下合成eBN的技术已经十分成熟，常用的催化剂主 要有Mg、Ca等元素或者它们的化合物。黑色和琥珀色的完整eBN晶体的市场价已经很便宜，但是到 目前为止，关于eBN的生长机理还没有完整的论述Ⅲ。 hBN晶体的结构与石墨类似，是典型的层状材 料，每个层内的结构是六角环状，与石墨的差别是， 在hBN六角环状中的原子是 B和N交替排列；六 角原子层状之间的堆积与石墨也有不同，在石墨晶 体的层之间的排列中，某一层的一个C原子正对下 面一层由C原子组成的六角环状的中心，而hBN的 层之间的排列是某一层的六角环状中一个 B原子 与上下两层的六角环状中的N原子正对，hBN的结 构如图1所示。 图1 hBN的晶体结构 hE；N的Raman散射峰为1 366．2和51．8 crn [2]， Fig．1 Crystal structure of hBN 这是由于在hBN层状结构的平面内和平面之间，在 原子之间的键上有很大的各向异性，从而导致模的频率有如此大的差别。低频模是由于整体平面互相 滑移的结果，称为刚性层的切变模。高频模是由于在六角平面内的B原子和N原子之间的相对运动的 结果，即一个平面中的所有B原子形成的格子像刚体一样整体振动，所有N原子形成的另一个格子也 像刚体一样振动，这两种格子的振动方向完全相反，振动过程中质量的重心不变。石墨的Raman散射 峰为1 581和42 cm～。石墨与hBN的Raman散射峰数值的差异表明：对于层内原子之间的引力，石墨 大于hBN；而层之间的原子间的引力，石墨则小于hBN。 eBN晶体的Raman散射峰分别是1 057 cm (横光学模)和1 309 cm (纵光学模)口]。金刚石晶体 * 收稿日期：2007—3—09；修回日期：2007—06—04 基金项目：吉林省科技厅基础项目(20o7o517) 作者简介：陈立学(1962一)，男，博士，教授，主要从事高压合成研究．E-mail．chenlx@jlu．edu．cn 通讯作者：朱品文(1972一)，男，博士，副教授，主要从事高压物理研究．E-mail：zhupw@jlu．edu．cn 高 压 物 理 学 报 第22卷 的Raman光谱只有一条散射峰(1 333 cm )，主要是由于原子之间电子密度分布的差异而引起的。在 cBN晶体中，B原子和N原子之间的径向电子密度分布不对称，而金刚石中C—C原子之间是对称的， 如图2所示。通常可以利用长光学纵波与横波频率的方差(cc， 一 )来计算这种差别。 本工作利用Raman光谱，研究了以hBN和触媒为原料，在高温高压条件下合成的cBN棒料，得到 了不同区域、不同颜色cBN的Raman衍射谱。本工作的开展将对进一步讨论cBN