超硬材料目前多數(shù)人都簡(jiǎn)單的理解為金剛石凛未、立方氮化硼纺榨，詳細(xì)一點(diǎn)的還包括聚晶降再、復(fù)合片，再詳細(xì)一點(diǎn)的可包括大單晶涛帐、粗顆粒衙到、細(xì)料、納米級(jí)金剛石和立方氮化硼梯匠。實(shí)際上它比此還要豐富得多贱避。本文就是討論這些已經(jīng)是應(yīng)該屬于超硬材料系列，但還沒(méi)有被人們所認(rèn)識(shí)的新材料扶绒，以便大家更好的關(guān)注它們疙汁，或許是我們今后的一個(gè)新的方向。

    類(lèi)超硬材料與亞超硬材料設(shè)計(jì)

    超-亞超硬材料的分類(lèi)與討論

    通過(guò)研究陰陽(yáng)離子半徑比與陽(yáng)離子配位數(shù)后發(fā)現(xiàn)幅之，它們有個(gè)最緊密堆積關(guān)系语哺。同時(shí)，從陽(yáng)離子配位數(shù)為2是線(xiàn)性呈啞鈴狀刑炎；配位數(shù)3是二維的三角形忽仗，呈面狀；配位數(shù)4是開(kāi)始三維的浦译，呈體狀四面體棒假；依次是八面體、立方體精盅、立方體-八面體帽哑，而這些構(gòu)形中四面體是最小的體，而金剛石即為四面體叹俏。

    金剛石配位數(shù)的特征是：①金剛石由非金屬碳組成妻枕，此時(shí)金剛石中碳呈單質(zhì)體，且是最穩(wěn)定的她肯，由此它不可能產(chǎn)生極化現(xiàn)象佳头；②碳是典型的共價(jià)鍵元素鹰贵，它不像其他元素那樣也形成共價(jià)鍵晴氨，還有電負(fù)性差康嘉，而實(shí)屬化學(xué)鍵的形式；③它具有典型的飽和性和方向性籽前；④金剛石的配位數(shù)是4亭珍，是純單質(zhì)性的，所以是等大球堆積枝哄，但是因?yàn)镃可得到電子處于穩(wěn)定態(tài)稿服，也可失去電子處于穩(wěn)定態(tài)，所以是等值的德籍，而共同組成4個(gè)共價(jià)鍵舀闻。

    碳為特殊形式的緊密堆積。一般的配位多面體均是由陰離子構(gòu)成最緊密堆積消耸，其中再充填較小的陽(yáng)離子手霎。而金剛石正由于前述配位數(shù)特征，它全是等大球租既，既可說(shuō)它是等大球的陽(yáng)離子配位杖进，也可說(shuō)它是等大球的陰離子配位。若把它看成是大球的四面體宿拔，那么充填其中的不是小球隧庐，而是等大球的陽(yáng)離子，是“撐開(kāi)”了一些的四面體视甩。這在純幾何角度來(lái)說(shuō)士袜，未達(dá)到最緊密堆積，但金剛石時(shí)世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)电爹，所以只能說(shuō)它是一種特殊形式的最緊密堆積该肴，這在配位場(chǎng)的四角場(chǎng)中可以得到解釋。

    從金剛石的上述特性出發(fā)藐不，碳-超硬材料的暈圈圖和組成暈圈圖中的元素由于不具備碳元素的這些特性匀哄，所以只能屈居次位或更次位，而組成新的一系列外暈帶雏蛮、次暈帶涎嚼，見(jiàn)圖。 

    A區(qū)：預(yù)測(cè)新超硬材料區(qū)帶（離不開(kāi)以C為中心）

    B區(qū)：現(xiàn)已知超硬材料帶

    （1）（C）天然金剛石挑秉、天然黑金剛石

    （2）（C60）高溫超高壓合成金剛石

    （3）（C）寶石金剛石

    （4）（C）合成立方法梯、六方金剛石

    （5）（C）金剛石薄膜

    （6）（C）爆炸金剛石

    （7）（C，含少量P犀概、B）半導(dǎo)體金剛石

    （8）（C/WCo）金剛石復(fù)合體

    （9）（C-Ni-Si立哑、Ti或TiH-Si-B）金剛石燒結(jié)體

    C區(qū)：立方氮化硼

    D區(qū)：（1）（B4C）碳化硼

    （2）（B4C+SiO2）碳硅硼

    （3）（β-Si3N4）β-氮化硅

    （4）（α-β-Si3N4）α-β-氮化硅

    （5）（Si3N4+SiC）氮化硅-碳化硅

    E區(qū)：（1）（SiC）黑碳化硅、綠碳化硅

    （2）（WC）碳化鎢

    F區(qū)：（1）（α-Al2O3）棕剛玉姻灶、白剛玉铛绰、鉻剛玉

    （2）（Al2O3）單晶剛玉诈茧、微晶剛玉、燒結(jié)剛玉

    G區(qū)：（Al2O3·SiO2·F）黃晶

    由上面的圖表分析不難看出可拿來(lái)運(yùn)用到磨料中的硬—超硬材料是一個(gè)非常豐富的多彩的體系和家族丈巩。它可以是由A區(qū)去探索離不開(kāi)C的新超硬材料粗线，也還應(yīng)該有其它類(lèi)型的亞超硬材料，這是我們可以預(yù)言的超丛。

    2.2類(lèi)硬-亞超硬材料的設(shè)計(jì)

    當(dāng)代一些科學(xué)家把視野投入比金剛石更硬的超硬材料研究的同時(shí)蚂霎，也有另外一批科學(xué)家把視野投入了亞超硬材料或類(lèi)超硬材料的研究中。

   2.2.1從裝備上逢棺、方法上進(jìn)行設(shè)計(jì)

    從超硬材料的發(fā)展歷程可以看出贷挠，我們固守在一個(gè)思想范疇里是不可能在原來(lái)基礎(chǔ)上有所突破的！如：當(dāng)我們走過(guò)很多彎路才在高溫超高壓技術(shù)上有所突破而獲得了單晶金剛石篱馅。假如我們又只是停留在高溫超高壓合成出單晶技術(shù)上棠镇，我們單晶金剛石就不可能形成目前如此豐富的產(chǎn)品系列鏈。我們的控制系統(tǒng)不提高控栓，在金剛石單晶強(qiáng)度上就不可能趕上天然金剛石亭郑，而且金剛石粒度也越來(lái)越大。

    我們只想到研究單晶金剛石辽乎，不想到還要做得更大媳谁，而且要有一定的韌性，就不可能有金剛石的復(fù)合片技術(shù)友酱、聚晶技術(shù)晴音。當(dāng)然這還是在高溫超高壓的技術(shù)范疇里。還有假如我們認(rèn)為超硬材料只有是C元素缔杉，那么就不可能還要把N和B結(jié)合到一起锤躁，這個(gè)奇思妙想是相當(dāng)艱苦的，因?yàn)槭澜缟线B六方的N和B都沒(méi)有或详，要首先想辦法得到六方的氮化硼系羞，才有可能在高溫超高壓去獲得立方的氮化硼，否則將是一事無(wú)成霸琴！

    假如我們認(rèn)為金剛石椒振、立方氮化硼只能是高溫超高壓，就絕對(duì)不會(huì)發(fā)展出金剛石膜的研制和生長(zhǎng)技術(shù)梧乘，也不可能有立方氮化硼的膜的技術(shù)澎迎。因?yàn)槟さ募夹g(shù)已經(jīng)完全脫離了高溫超高壓。

    當(dāng)我們發(fā)展了外延生長(zhǎng)的膜技術(shù)后选调，我們不引入納米技術(shù)夹供，那么我們的超硬材料的納米技術(shù)就不可能得以發(fā)展，甚至形成了一定的產(chǎn)品系列。

    凡此等等喂磷，都是從裝備和方法上有了不斷的創(chuàng)新俘巡，才一步步走向勝利的今天。今后的路該如何走笑敷？可能這仍然是一個(gè)不可缺少的方向粒删。

   2.2.2從復(fù)合材料上進(jìn)行設(shè)計(jì)

    復(fù)合材料是將兩種或兩種以上性能不同的材料組合為一個(gè)整體躏印，從而表現(xiàn)出某些優(yōu)于其中任何一種材料性能的材料嫁商。其基本出發(fā)點(diǎn)是試圖通過(guò)多種材料的復(fù)合，充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)笋俭，克服單一材料的不足捏趴。金屬塑性好，但強(qiáng)度不高沦恩，因而需要提高強(qiáng)度筑唁，而陶瓷硬而脆，需要增韌拒惯。顯然饺饭，理想的材料應(yīng)具有優(yōu)異的綜合性能。兩種或兩種以上性能不同材料組成的復(fù)合材料的對(duì)應(yīng)關(guān)系可見(jiàn)圖2职车。

    復(fù)合材料提供了一種重要的材料性能優(yōu)化的途徑瘫俊，圖2所示是幾個(gè)大類(lèi)材料分別組合而成的復(fù)合材料種類(lèi)的示意圖。從簡(jiǎn)單的組合規(guī)則可見(jiàn)悴灵，復(fù)合材料至少有10大類(lèi)扛芽。大量種類(lèi)的材料為構(gòu)造、設(shè)計(jì)制備高性能材料提供了豐富的選擇积瞒。

    決定復(fù)合材料性質(zhì)的不僅是基體和增強(qiáng)體的性質(zhì)川尖、分布、尺度,而且決定于兩種材料結(jié)合的界面的完整性茫孔。為了最大限度地發(fā)揮復(fù)合材料的潛力,必須充分保證基體即增強(qiáng)體之間的物理和化學(xué)相容性叮喳，如兩相之間良好的界面化學(xué)浸潤(rùn)性；熱膨脹系數(shù)的匹配缰贝，如陶瓷基復(fù)合材料的理想匹配是增強(qiáng)體的熱膨脹系數(shù)小于基體的熱膨脹系數(shù)嘲更，以使陶瓷基體處于壓應(yīng)力狀態(tài)，增強(qiáng)體則處于張應(yīng)力狀態(tài)揩瞪；彈性模量匹配赋朦，增強(qiáng)體的彈性模量和應(yīng)變值大于基體的對(duì)應(yīng)值時(shí)，是理想的匹配慕怀。

    在超硬材料的發(fā)展過(guò)程中线盔，復(fù)合片的設(shè)計(jì)也遵循了上述原則，即同時(shí)兼顧了超硬材料的硬度和硬質(zhì)合金基體的韌性，因此柄童，在今后的研究中拇从，可以通過(guò)選擇合適的增強(qiáng)相改進(jìn)現(xiàn)有的材料，或者設(shè)計(jì)兩種可以相互匹配的材料免趋，得到一種新的復(fù)合金剛石材料赠恭，從而獲得新的亞超硬材料。

   2.2.3理論上的突破蔬透，設(shè)計(jì)新的亞超硬材料

    20世紀(jì)80年代中期以來(lái)棱歹，出現(xiàn)了許多新材料，包括高Tc銅氧化物超導(dǎo)體发荧、富勒烯及其衍生物馁梁、納米材料、超硬材料刃唤、人工低維量子結(jié)構(gòu)材料等隔心。其中有些材料已從基礎(chǔ)研究對(duì)象轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，如量子阱激光器尚胞、高溫超導(dǎo)器件硬霍、巨磁阻磁頭等。雖然笼裳，大多數(shù)新材料都是非預(yù)期地被發(fā)現(xiàn)唯卖，但應(yīng)當(dāng)看到，計(jì)算和理論對(duì)預(yù)報(bào)和闡明這些新材料的性能起了重要作用侍咱。近10年研究者已處在通過(guò)理論計(jì)算來(lái)“設(shè)計(jì)”材料的初期階段耐床。重要的理論方法有局域密度近似(LDA)、GW準(zhǔn)粒子近似楔脯、第一性原理的分子動(dòng)力學(xué)方法撩轰。其他方法，如新贗勢(shì)法昧廷、緊束縛(TB)總能量法堪嫂、量子Monte-Carlo等。

從上述敘述中可以看出姚熊，理論研究在新型材料設(shè)計(jì)中的地位和作用猖沈。在研究新的亞超硬材料時(shí)，我們不僅需要充分利用現(xiàn)有的成熟的理論红最，而且還需對(duì)現(xiàn)有的理論進(jìn)行總結(jié)诲狐，以期能在理論研究中獲得突破性進(jìn)展，設(shè)計(jì)得到新的亞超硬材料拟艳。

   2.2.4充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬設(shè)計(jì)新的亞超硬材料

    利用計(jì)算機(jī)對(duì)真實(shí)的材料系統(tǒng)進(jìn)行模擬喧畏，提供模擬結(jié)果砍梁，指導(dǎo)新材料研究，是材料設(shè)計(jì)的有效途徑之一愤栽。人們把涉及復(fù)雜材料某一過(guò)程嗤雪、某一層次上物理現(xiàn)象的基本性質(zhì)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為一定的數(shù)學(xué)模型，該模型一方面可以由計(jì)算機(jī)求解齿喧，另一方面可以描述或者預(yù)測(cè)某些可觀察的材料性能妥析。這便是計(jì)算機(jī)模擬的基本做法。其主要包括原子尺度模擬轻欣、宏觀尺度模擬和介觀尺度模擬三種省咨。目前在超硬材料設(shè)計(jì)中最常用的是原子尺度模擬。

    計(jì)算機(jī)模擬中原子間“有效勢(shì)”模型的選擇诸迟，早期主要采用純經(jīng)驗(yàn)的擬合勢(shì)茸炒，近年來(lái)越來(lái)越多地考慮從第一性原理計(jì)算導(dǎo)出合適的“有效勢(shì)”愕乎，包括采用集團(tuán)近似的量子化學(xué)計(jì)算阵苇，從幾何位形的變化來(lái)求出相應(yīng)的有效勢(shì)模型。有了適當(dāng)?shù)脑娱g相互作用有效勢(shì)之后感论，便可以針對(duì)要研究的問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬绅项。模擬技術(shù)除分子動(dòng)力學(xué)方法、蒙特-卡洛方法外,還有能量極小值法比肄。

    目前快耿，固體量子理論的發(fā)展在利用計(jì)算機(jī)的條件下己經(jīng)用來(lái)探索和預(yù)測(cè)尚未合成的新材料。Cohen教授所發(fā)展的第一性原理的方法芳绩，近年來(lái)在預(yù)測(cè)新材料性能方面有兩個(gè)突出的成功事例：一是預(yù)報(bào)存在Si的高壓金屬相及其超導(dǎo)性掀亥，二是預(yù)報(bào)C3N4超硬材料。目前采用第一性原理計(jì)算和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合設(shè)計(jì)新的超硬材料的報(bào)道也慢慢在增多妥色√禄ǎ可以預(yù)見(jiàn)，今后這將是研究新的亞超硬材料的重要手段锉窑。

    3岛牺、新型硬—亞超硬材料研究進(jìn)展

    3.1 B-C-N體系超硬材料

    本書(shū)作者與盧照田在上世紀(jì)七十年代開(kāi)始就注意到B-C-N體系超硬材料的發(fā)展，并做過(guò)一些討論袁朗，提出了BCN新型超硬材料的設(shè)想涮愧。在九十年代編著的《超硬材料科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)著中對(duì)此就較為詳細(xì)的闡述了新超硬材料BCN，希望能得到一種既具金剛石特性跃渠，又具立方氮化硼特性的三元單晶體订搏。我們對(duì)它的理論分析及可能的結(jié)構(gòu)狀態(tài)作了較詳盡的描述。1981年前蘇聯(lián)學(xué)者以量子化學(xué)為基礎(chǔ)沛四，根據(jù)電子結(jié)構(gòu)的相似性也作出過(guò)推斷框辞。同年，波蘭科學(xué)家以氣相沉積法得到了石墨—HBN結(jié)構(gòu)的混晶，把它置于14GPa和約3300K的超高溫高壓條件下合成涂嫡，得到了類(lèi)金剛石—CBN結(jié)構(gòu)的混晶秒牙，但是由于當(dāng)時(shí)感到這種合成與產(chǎn)業(yè)化有較大的距離而沒(méi)有推廣，今天的技術(shù)水準(zhǔn)與當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)發(fā)生了極大的變化抬泛，能否重新認(rèn)識(shí)此問(wèn)題是值得注意的攻臀！

    眾所周知，金剛石的硬度比CBN 高, 適用于加工非金屬脆硬材料, 但cBN 的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性?xún)?yōu)于金剛石, 適于加工鐵系淬硬金屬纱昧。綜合金剛石和CBN 的優(yōu)點(diǎn), 人們把目光轉(zhuǎn)向了第三代超硬材料—立方BCN是不難理解的刨啸，此后, 人們?cè)噲D合成類(lèi)金剛石結(jié)構(gòu)的BCN。同金剛石CBN 的合成一樣, O-BCN 的合成關(guān)鍵也是合成條件和催化劑识脆。有關(guān)從H-BCN 到O-BCN 的成功合成還很少見(jiàn)報(bào)導(dǎo)设联。

    由于C-N鍵長(zhǎng)比金剛石中的C-C鍵長(zhǎng)短及具有金屬性的BC3和BC5化合物的成功合成，進(jìn)一步推動(dòng)了在B-C-N體系中尋找超硬材料灼捂。上世紀(jì)70 年代后期, 人們開(kāi)始關(guān)注C與N形成的化合物离例。Liu 和Cohen在局域態(tài)密度近似下用贗勢(shì)方法對(duì)β-C3N4晶體的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，果以C原子取代β-Si3N4原胞中的Si 原子悉稠，形成β-C3N4結(jié)構(gòu)的話(huà)宫蛆，每個(gè)原胞具有較大的凝聚能。因而推知β-C3N4至少是一種亞穩(wěn)相的猛。β-C3N4以共價(jià)鍵結(jié)合耀盗，有較短的鍵長(zhǎng)和較低的離化程度，理論計(jì)算這種結(jié)構(gòu)的體彈性模量有可能超過(guò)金剛石卦尊。因此Liu 和Cohen 大膽預(yù)言β-C3N4有可能成為比金剛石還硬的新型超硬材料猎之。目前，大部分實(shí)驗(yàn)合成的氮化碳中N 的成分均小于57%乐跺，即便合成的產(chǎn)物中存在C3N 4相鹃远，但其粒度太小，在電子顯微鏡下受電子束照射快速地非晶化弓并，而且大多數(shù)合成工藝的實(shí)驗(yàn)參數(shù)笤簸，不能夠嚴(yán)格控制，C3N4的特性表征還極不完善远丸。

    近來(lái)沛愕，崔田等設(shè)計(jì)出兩種不同結(jié)構(gòu)的超硬材料α-C3N2和β-C3N2，研究發(fā)現(xiàn)這兩種材料均為難壓縮物質(zhì)喜毅，體模量的計(jì)算值很大姑享，楊氏模量和剪切模量均介于立方氮化硼和金剛石之間。G/B值均比立方氮化硼的大苇皂，靠近金剛石的值罪褒，說(shuō)明其鍵的相對(duì)方向比較強(qiáng)耙肖，而鍵的相對(duì)方向性對(duì)材料的硬度影響比較大。它們的理論硬度值（均為86GPa）要比立方氮化硼的硬度大婿着，接近金剛石的硬度或說(shuō)略低于金剛石授瘦，這是我們要注意的動(dòng)向。

    3.2 BxO型超硬材料

    在已知物質(zhì)中竟宋，B的摩爾體積(5cm3)與金剛石(3.4cm3)和立方BN (3.5cm3)最為接近提完。B的熱力學(xué)穩(wěn)定形式β—菱形B是由二十面體（在單形未確定前暫用此名）組成的具有疏松密堆積結(jié)構(gòu)的復(fù)雜晶體，由于是缺電子結(jié)構(gòu)丘侠，將氧溶入β—B所得的填隙化合物會(huì)更加致密徒欣、強(qiáng)度也更高。因此基于B的超硬材料就引起人們的關(guān)注蜗字。雖然B通常為+3價(jià)打肝，但在適當(dāng)條件下也可形成價(jià)態(tài)低于+3的B/O二元化合物BxO ( x = 2～ 22)，這類(lèi)物質(zhì)通常稱(chēng)為富硼氧化物或氧化亞硼挪捕，其中研究最多的是B2O粗梭、B6O、B7O和B13O2等担神。

    富硼氧化物B6O的硬度和立方氮化硼相當(dāng)楼吃，其耐磨性和金剛石相近始花，還具有低密度入驮、高導(dǎo)熱性、高化學(xué)惰性等優(yōu)良性能茴辈，有望替代金剛石和立方氮化硼成為新型超硬材料抚送。由于其晶體合成條件（>4GPa，>1700℃）較為苛刻绎噩，目前僅研制了它的廣泛應(yīng)用帕卦。最近，吉林大學(xué)焦曉朋等人在較為溫和的條件下合成出B6O晶體缨诱，研究結(jié)果顯示漫从，利用兩種反應(yīng)原來(lái)（B2O3-B粉末，H3BO3-B粉末）纳倒，結(jié)合球磨和高溫高壓技術(shù)躁盗，在壓力位1-2GPa，溫度為1300-1400℃的條件下制備出結(jié)晶完美的B6O單晶體苟暗，其晶粒尺寸為30nm—1.3um拗酌。

    He等用晶態(tài)B和B2O3 在5.5GPa、2100℃娣從|首次得到黑色B6O單晶韭寸，平均尺寸60μm春哨，最大尺寸140μm荆隘；單晶具有菱形結(jié)構(gòu)，晶格常a=0.53974 nm赴背，c=1.23173 nm椰拒，組成為B6O0.98。與以往燒結(jié)法制備的多晶B6O的顯微硬度 (32～38GPa)不同凰荚，該單晶的平均維氏硬度為45GPa耸三，是迄今為止報(bào)道的B6O的最大實(shí)測(cè)硬度，于理論計(jì)算值一致浇揩。

    陳超等在高溫高壓下通過(guò)“一步法”合成了高性能納米結(jié)構(gòu)B6O超硬復(fù)合材料仪壮，并分析了合成壓力、合成溫度胳徽、初始材料等因素對(duì)合成樣品的物理化學(xué)性能积锅、微觀結(jié)構(gòu)、相組成的影響养盗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其維氏硬度為32GPa缚陷，跟立方氮化硼復(fù)合片相當(dāng)，并具有較好的斷裂韌性必痢。

    3.3 其他新型超硬材料

    近年來(lái)過(guò)渡金屬與輕元素（B拱矫、C、N涤朴、O）形成的化合物已經(jīng)成為B-C-N-O體系外尋找超硬材料的一個(gè)新領(lǐng)域牌聋。最近實(shí)驗(yàn)上成功合成了WB4，且其硬度測(cè)量值達(dá)到46GPa茁升。李印威等人利用基于密度泛函理論的第一性原理方法系統(tǒng)研究了WB4的晶體結(jié)構(gòu)嫂前、電子性質(zhì)及彈性性質(zhì)。結(jié)果表明其具有獨(dú)特的成鍵性質(zhì)即三維的B-B共價(jià)鍵以及W原子核B原子之間形成的單一離子鍵鹰泡，電子性質(zhì)計(jì)算也表明其具有很高的價(jià)電荷密度萝渐。他們的計(jì)算結(jié)果也表明具有WB4結(jié)構(gòu)的ReB4、MoB4叛冠、TaB4磨慷、OsB4、TcB4也是超硬材料把奢，而且這些材料都具有金屬性質(zhì)薇痛，這說(shuō)明金屬性不會(huì)對(duì)共價(jià)材料的硬度產(chǎn)生決定性的影響。在過(guò)渡族金屬輕化物中設(shè)計(jì)并合成超硬材料弧岳，就要盡可能的增加輕元素的比重凳忙，以提供更多的輕原子之間的三維共價(jià)鍵。

    李全等人通過(guò)從頭計(jì)算演化理論的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法禽炬，提出了一個(gè)新奇的單斜相碳涧卵，并命名為M碳勤家，其理論硬度和體彈性模量分別為83.1GPa和431.2GPa，都和金剛石接近柳恐。通過(guò)計(jì)算其Mulliken電荷布局伐脖，發(fā)現(xiàn)其布局?jǐn)?shù)為0.67-0.84，與金剛石相當(dāng)（0.75）乐设，說(shuō)明M碳是優(yōu)秀的超硬材料讼庇。

    許多理論學(xué)家用C原子替換Si3N4中的Si原子，提出了SiC2N4和Si2CN4的一些可能結(jié)構(gòu)近尚。此后蠕啄，Riedel等人在高溫下成功的合成了SiC2N4和Si2CN4，并確定其常壓結(jié)構(gòu)分別為立方和正交（戈锻？）結(jié)構(gòu)艺踪。王洪波等人通過(guò)從頭算演化理論的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法，預(yù)測(cè)了SiC2N4和Si2CN4的高壓晶體結(jié)構(gòu)彬膘。SiC2N4的熱力學(xué)焓的計(jì)算表明滚讼，4GPa時(shí)，SiC2N4由立方結(jié)構(gòu)變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)绝皇，當(dāng)壓力達(dá)到29GPa時(shí)绊域，又轉(zhuǎn)變?yōu)檎唤Y(jié)構(gòu)。機(jī)械性質(zhì)的計(jì)算表明呐猴，正交結(jié)構(gòu)的SiC2N4是一種超硬材料湘都，其硬度達(dá)到了63GPa。對(duì)于Si2CN4皱耗，焓的計(jì)算表明铝儒，在6.6GPa，由常壓結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)极棵，機(jī)械性質(zhì)計(jì)算表明單斜結(jié)構(gòu)的Si2CN4硬度值達(dá)到48GPa，也是一種超硬相的物質(zhì)漆暑。

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