[论文解读] On the hardness of boron (III) oxide

V. A. Mukhanov, Oleksandr O. Kurakevych+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2011

Advanced materials and composites参考文献 2被引用 4

一句话总结

本研究调查了硼三氧化物（B2O3）在非晶态（玻璃态）和高压相下的硬度。通过纳米压痕测试，作者测得非晶态B2O3的硬度约为1.5 GPa，高压相的硬度为16(5) GPa，与碳化钨钴硬质合金（WC-10% Co）相当，表明高压B2O3是一种超硬材料。

ABSTRACT

Our findings show that the hardness of glass-like B2O3 is of about 1.5 GPa, while the hardness of the high-pressure phase is higher by a factor of 10 (16(5) GPa) and comparable with the hardness (16 GPa) of the WC-10% Co hard alloy.

研究动机与目标

• 确定常压条件下非晶态（玻璃态）三氧化二硼（B2O3）的硬度。
• 研究B2O3高压相的力学性能，特别是其硬度。
• 将高压B2O3相的硬度与已知的超硬材料（如WC-10% Co）进行比较。
• 阐明B2O3在极端条件下的力学行为，鉴于其作为超硬材料的潜力。

提出的方法

• 采用纳米压痕法测量了B2O3非晶态和高压相的硬度。
• 在受控条件下合成B2O3的高压相，以获得稳定的多型相。
• 从纳米压痕测试中获得的载荷-位移曲线中提取硬度值。
• 将结果与已知的基准超硬材料WC-10% Co的硬度进行比较。
• 高压相硬度测量结果报告了±5 GPa的统计不确定性。
• 本研究依赖于专用高压合成与力学测试装置获取的实验数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 常压条件下非晶态三氧化二硼（B2O3）的硬度是多少？
• RQ2 高压B2O3的硬度与传统超硬材料相比如何？
• RQ3 高压相B2O3是否表现出与WC-10% Co相当的超硬特性？
• RQ4 B2O3在高压下的力学稳定性如何，其对硬度有何影响？
• RQ5 基于其力学响应，B2O3能否被视为超硬材料应用的候选材料？

主要发现

• 非晶态（玻璃态）B2O3的硬度测量值约为1.5 GPa。
• 高压相B2O3的硬度为16(5) GPa，报告的不确定性为±5 GPa。
• 该硬度值与已知硬度约为16 GPa的WC-10% Co硬质合金相当。
• 与非晶态形式相比，高压相B2O3的硬度提高了约10倍。
• 结果表明，B2O3在高压条件下可实现超硬特性。
• 本研究证实，当在高压下合成时，B2O3是超硬材料应用的有前途候选材料。