[发明专利]导电的超硬材料BxCy化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电的超硬材料B_xC_y化合物及其制备方法。

背景技术

通常人们把硬度大于40GPa的材料称为超硬材料。众所周知，金刚石和立方BN是最典型的超硬材料，但是这两种材料均是良好的绝缘体；自然界中硬度大于40GPa的材料很少，硬度都在40GPa左右，例如α-B、B₄C(碳化硼)等，但是都不导电。α-B、碳化硼是由B₁₂二十面体堆垛而成的具有菱方结构的化合物，是一种高硬度材料，具有低密度、高熔点、良好的化学惰性和优异的中子吸收特性，因而被广泛用作电子材料、核材料以及军事和制药等领域。

金刚石是可以由石墨在高温高压和触媒的作用下人工合成的，由于硼在石墨中的溶解度极小，在2350℃时达到最大溶解度2.35at％，这就说明由于硼原子很难溶入石墨的晶格之中，因此合成含B量高的闪锌矿或纤锌矿结构的B-C化合物没有可用的原材料。1986年，美国的Kouvetakis等人采用苯与三氯化硼在800℃反应获得了类石墨结构的BC₃，相当于石墨中的含B量达到了25at％，打破了平衡状态时石墨中含B量的极限，激发了人们对B-C二元新型亚稳材料的兴趣，虽然这种材料不硬，是一种乱层结构的化合物，但为合成闪锌矿或纤锌矿结构的B-C化合物提供了一种原材料。人们试图将这种化合物在高温高压下转变为闪锌矿或纤锌矿结构的化合物，但是至今未能实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电的超硬材料B_xC_y化合物及其制备方法，这是一种具有闪锌矿或纤锌矿结构的导电的超硬材料，可望在新型电子学器件上获得应用。

这种导电的超硬材料B_xC_y化合物，其化学成分为：B5～30％、C70-95％，具有闪锌矿或纤锌矿的结构；其中的B-C键及C-C键具有sp³杂化特征，硬度大于40GPa，可导电。

这种导电的超硬材料B_xC_y化合物制备方法的具体步骤如下：

(1)采用B_xC_y前驱物和Mg-Ni合金触媒混合后压成圆片，或采用B_xC_y前驱物与Mg-Ni合金触媒分别压成圆片，放入高压压腔中。

(2)在1200～1800℃高温和3～10GPa高压下，在压机上进行高温高压合成。

(3)将获得的产物用稀硫酸和稀硝酸混合液溶掉触媒，烘干；最终得到具有闪锌矿或纤锌矿结构的导电的超硬材料B_xC_y化合物，在晶体中只有B-C和C-C键，没有B-B键。

制备B_xC_y前驱物的步骤是：

(1)将硼酸和蔗糖按1∶2-5比例配制后混合均匀，先在280～300℃以下的低温化合反应后获得含H、O的B-C化合物。

(2)再将其放入氧化铝或石墨坩埚中，在流动的氮气保护下于电阻炉中升温到1500～1600℃进行高温处理。

(3)除去其中的H和O，得到高碳含量的B-C前驱物。