MgO和ZnO在高温高压下的反应性行为研究

本节试验是在中国式SPD6×1200型六面顶高压设备上进行的，采用的组装为旁热式组装，合成工艺为一阶段升温升压方式。首先将纯度4N的粉体MgO和ZnO在0.5GPa的条件下分别压制成φ13mm×5mm的合成样品。其次将样品在800℃的条件下焙烧2h，以去除结晶水。最后，将处理后的样品在压力为5.8GPa、温度为1800℃的条件下烧结，烧结时间为15min。

图4−2为上述条件烧结的粉体MgO和ZnO样品的光学照片。从图4−2a中可以看出，MgO已为陶瓷化；从图4−2b中可以看出，ZnO样品由初始的白色转变为黄色，并由粉状转变为多晶态，这说明在高温高压条件下，ZnO样品产生了大量的缺陷并处于熔融状态。

图4-2 在5.8 GPa、1800℃条件下烧结的MgO和ZnO样品的光学显微镜照片

图4−3分别为MgO和ZnO的粉体在5.8GPa、1800℃条件下烧结的MgO和ZnO的XRD测试结果。其中样品a和b分别为在5.8GPa、1800℃条件下烧结的MgO和初始的MgO粉体；样品c和d为在5.8GPa、1800℃条件下烧结的ZnO和初始的ZnO粉体。从图4−3中样品a和b的比较我们可以看出，在高温高压条件下烧结的MgO仍为立方结构，MgO没有因高温高压发生相变；从图4−3中样品c和d的结果可以看出，在高温高压条件下烧结后的ZnO仍为六方结构。众所周知，在常压下ZnO体材料只有六方（纤锌）相结晶。在高压下其转变为立方（岩盐）相。Bate等首次在高压下发现岩盐相，并指出纤锌矿与岩盐相平衡压力与温度成正比。然而最新的试验结果表明平衡压力与温度成反比。结合原位X光测量，Serge^[14]研究了在8.5 GPa、1000 K下纤锌岩盐相边界。在他的研究中，相平衡压力与温度的关系P(GPa)=8.0−0.0023×T(K)。在12GPa、727 K下，Koike^[15]等也对纤锌岩盐相边界进行了研究，他的结果是P(GPa)=6.7−0.0012×T(K)。因此，根据文献以及我们测量的结果，在5.8GPa、1800℃条件下，ZnO不发生相变。

图4−4为ZnO的粉体和在5.8GPa、1800℃条件下烧结的ZnO样品的紫外光吸收测试结果。从图4−4中我们可以看出，经过高温高压处理的ZnO的吸收边发生蓝移，这种随着压力和温度的提高，吸收边发生蓝移的现象，我们也可将其归结为晶体内部晶格常数发生改变所致。这一现象与参考文献[13]中的结果也是相一致的。(www.xing528.com)

图4-3 MgO和ZnO的XRD

图4-4 ZnO紫外光吸收谱