日本和德国的科学家团队在DESY合成了首个工业陶瓷的透明样品-立方氮化硅(c-Si3N4),在极端条件下可制成超硬玻璃窗如在发动机中使用,立方氮化硅在高压下形成,是继金刚石之后第二硬的透明纳米陶瓷而且可以承受相当高的温度。
氮化硅是工业中非常受欢迎的陶瓷,它主要用于汽车和飞机工业中的球轴承,切削工具和发动机零件。在普通环境压力下,氮化硅具有六方晶体结构,并且该相的烧结陶瓷是不透明的。在超过13万倍大气压的压力下,氮化硅转变成具有立方对称性的晶体结构即尖晶石型的宝石结构。研究人员在约15.6万倍大气压(15.6吉帕斯卡)和1800℃的温度下,形成直径约为2毫米的透明立方氮化硅片,由于硅氮键非常强所以在高达1400℃时是稳定的。
研究结果表明在这种转变环境下氮化硅已经完全转变成立方相,氮化硅的透明度强烈依赖于晶界,不透明性源于晶粒之间的间隙和孔隙,而且高压样品只有非常薄的晶界,杂质氧原子均匀分布在整个材料中,而低压样品却积聚在晶界,这对透明度至关重要。由于合成透明立方氮化硅所需的压力巨大,制造直径为1到5mm的玻璃窗相对容易,但是1cm的很难达到。
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