立方氮化硼粒径与添加剂对放电等离子烧结相变行为的调控机制及能量壁垒研究

来自国内的研究人员针对立方氮化硼(cBN)在放电等离子烧结(SPS)过程中的相变难题，系统探究了粒径(250 nm-6 μm)和氧化物添加剂(Al2O3/Y2O3/ZrO2/SiO2/MgO)的调控作用。发现相变活化能随粒径增大呈43-739 kJ•mol?1的指数级增长，其中SiO2通过非晶隔离效应抑制cBN→hBN转变，而其他添加剂通过降低能垒加速相变。该研究为超硬材料制备提供了关键理论依据。

　　

在突破性超硬材料研究中，立方氮化硼(cubic boron nitride, cBN)的相变行为始终是材料科学领域的焦点。通过精妙的放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)实验设计，科学家们揭示了粒径与添加剂对cBN→hBN(hexagonal BN)转变的双重调控机制。当烧结温度攀升至800-1450°C、压力维持在100 MPa时，纳米级(250 nm)与微米级(6 μm)cBN展现出43至739 kJ•mol^?1的惊人活化能差异，这如同为材料搭建了不同高度的"能量跳板"。更有趣的是，Al₂O₃、Y₂O₃等氧化物化身"相变催化剂"，通过降低能垒助推原子重排；而SiO₂却扮演"相变守门员"，其形成的非晶隔离层有效阻滞了晶体结构转变。这些发现如同为超硬材料工程师提供了精准的"相变调控旋钮"，为新一代切削工具和耐磨材料的研发开辟了新路径。