高壓合成

指在高壓（經常還有高溫）下合成常態時不能生成或難於生成的物質的過程。

1955年人工合成金剛石的成功，大大刺激了高壓合成研究的開展。20多年來高壓技術的發展，使數千種新的物相得到合成。一個單元系或二元系物質，在常壓下可能只有幾個穩定的相，它們在高壓下大部分可變為成分相同的高壓相或新成分的高壓相；二元系的兩相區也能形成新的高壓化合物。它們具有不同的結構，也往往有可被利用的物理、化學、力學等性能。目前，金剛石（見人造金剛石），立方氮化硼的高壓合成已進入工業生產階段。人們還對超高壓下合成高臨界溫度的超導化合物等寄於希望；高壓下有機合成及聚合的研究也正在積極進行。

高壓下支配晶體結構的規律 各種晶體結構中離子排列的緊密度不同。例如，12配位的面心和密排六方結構中，離子對總體積的佔有率為74%,8配位的體心立方結構為68%;4配位的金剛石結構更小。壓力可以使晶體中配位數增加，結構緊密度提高。在合金或化合物中，不同離子壓縮率的差異、它們的相對位置及鍵合類型等都是影響結構穩定的因素。由於負離子壓縮率一般大於正離子，故在壓力作用下正、負離子半徑比R+/R-增加，使正離子配位數較大的結構更穩定。

高壓下合成新的物相的幾種情況 ①合成常壓下亞穩定物質的高壓相。金剛石和立方氮化硼是最重要的例子。立方氮化硼國外商品名稱為 Borayon。常壓下的氮化硼具有和石墨類似的六角結構，在和金剛石類似的合成條件下形成立方結構的超硬材料，但所用的催化劑不同。其結構分為閃鋅礦型和纖維鋅礦型二種。燒結的立方氮化硼可用作切削刀具，在加工白口鐵或鎳基超級合金時比金剛石刀具有明顯的優點。②合成常壓下不存在穩定相的高壓化合物。常壓下化合物不穩定的重要原因之一是離子尺寸不適應。一般在高壓下可以促使它們建立起有利於構成化合物的離子半徑比。如對形成 Nb3In來說，在常壓下由於Nb原子太大In原子太小而不能合成Nb3In,但在高壓下則可以合成。一些二元系能在高壓下形成新的化合物，而在常壓下則不能，例如高壓下TiO2及KF可以通過反應形成KTiO2F等。③合成含揮發性物質的化合物。高壓可以把物質限定在一定體積內，故可以在高壓下製備固-液或固-汽相的化合物。例如合成金屬-氫或金屬-氮系統的化合物或填隙式合金。在高的氧壓下用過渡金屬氧化物合成異常價態的陽離子的化合物如LnNi3+O3等。高壓下過量氧可以防止不穩定原料在高溫下快速分解，如用MnO2合成Y2Mn4+O7等。反之，高壓下超低氧量可以合成低氧化合物。

高壓下合成產物的穩定性 在恢復到常溫常壓時，並不是所有高壓相都能以亞穩態保存下來。一般認為如果物質的化學式和晶體結構較複雜，高壓相變時舊的鍵合被破壞，離子的相對位置在較大程度上重新組合，因此，離子需要較大的能量才能越過較高的勢壘回到初始狀態中的原有位置，則“淬火”后保留下高壓相的希望也較大。有時，高壓相也可以中間相的形式在常溫常壓下保留下來。研究高壓相在常溫常壓時穩定性很重要，因為對材料合成來說，可逆的壓力相變是沒有意義的。