12分)立方氮化硼(cBN)是一种自然界不存在的人工合成超硬材料,硬度仅次于金刚石,但耐热性、化学稳定性以及钢材加工等方面表现出比金刚石更加优异的性能,具有
12 分) 立方氮化硼( cBN )是一种自然界不存在的人工合成超硬材料,硬度仅次于金刚石,但耐热性、化学稳定性以及钢材加工等方面表现出比金刚石更加优异的性能,具有巨大的应用价值。由美国通用电气公司温托夫等人首次研制成功,随后成为各国争相研制的热点,是超硬材料领域的最重要成就之一。
10-1 立方氮化硼由六方氮化硼( hBN )在高温高压下制备,六方氮化硼又称 “ 白石墨 ” ,结构和许多性质与石墨类似,柔软光滑,由如图 1 所示的 B 、 N 平面层堆叠形成,沿 c 轴方向相邻两层的 B 、 N 原子投影重合,试画出 hBN 的一个晶胞透视图。
10-2 立方氮化硼( cBN )的晶胞结构如图 2 所示,与金刚石的结构相似,面心立方晶胞,晶胞参数 α = 361.5 pm 。在 cBN 晶体中 B 原子的堆积方式为 ______ , B 填充 N 的 _____ 空隙
10-3 宝石工匠琢磨钻石时,有些晶面特别难抛光,试推测立方氮化硼的那些晶面难抛光?为什么? _____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
10-4 以知金刚石的晶胞参数 α = 356.7 pm ,通过计算说明立方氮化硼的硬度略小于金刚石的原因。
计算过程: _________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
解释原因: _________________________________________________________________
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10-1 ( 3 分)
10-2 面心立方密堆积(或 Al 堆积) 四面体 (每空一分,共 2 分)
10-3 垂直于体对角线的晶面,(或者( 111 )面,或者垂直于堆积方向的晶面)( 1 分)
因为磨掉这些晶面时,每个原子都要被切断三个 B-N 共价键 ( 2 分)
注:几个或者表达的意义相同时,知识表达方式不同。
10-4 由题意知:
立方氮化硼中的 B-N 键长为:
或
金刚石中的 C-C 键长为:
或
晶体材料的硬度主要取决于晶体中原子的共价键数目和键长,立方氮化硼和金刚石晶体中各原子周围形成的共价键数目相同,而立方氮化硼中的 B-N 键长,所以硬度小 ( 2 分)
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