立方金刚石的晶体结构讲课教案.ppt

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1、立方金刚石的晶体结构2-1金刚石的化学组成金刚石：碳杂质：硼、氮、镍、铬、铁分类：Ⅰ型，含氮：ⅠaⅠaA含双原子氮ⅠaB含多原子氮Ⅰb含单原子氮Ⅱ型，不含氮：Ⅱa不含硼Ⅱb含硼天然钻石中Ⅰa型占98%以上，Ⅱa型1%±。人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。第一节金刚石的晶体结构与形态2-1-1金刚石的晶体结构1、立方金刚石的晶体结构—闪锌矿性共价键，键夹角109.28碳原子相距1.542埃杂化轨道：根据分子轨道理论，同一个原子中能级相近的各个轨道，可以通过线性组合，成为成键能力更强的新原子轨道。然后对外成键2、六方金刚石晶体结构—纤锌矿型1967年，瓜巴

2、拉峡谷陨石金刚石---朗斯代立特2-1-2金刚石的结晶形态晶体形态可分为两种类型：单形和聚形，单形为由同种晶面组成的晶体形态；聚形是由两种以上的晶面组成的晶体形态，聚形是由单型聚合而成。金刚石的形貌特征立方体正八面体菱形十二面体晶形：天然金刚石的晶体形态常见为八面体，其次为菱形十二面体、立方体及其聚形。人造金刚石根据合成条件的不同，晶形可分为八面体、立方体或者立方、八面体聚形等，其中以后一种最为常见。产品中常出现各种连生晶体，不规则晶体以及各种结晶缺陷。三、金刚石的形貌特征（1）立方体晶形三、金刚石的形貌特征（2）正八面体晶形三、金刚石的形貌特征（3）菱形十二面体晶形2-

3、1-2金刚石的结晶形态晶体形态可分为两种类型：单形和聚形，单形为由同种晶面组成的晶体形态；聚形是由两种以上的晶面组成的晶体形态，聚形是由单型聚合而成。人造金刚石常见的晶体形态常见六-八面体1)单形六面体（100）和八面体（111）2）聚形3）双晶4）连晶和晶簇常见的：八面体、菱形十二面体，其次立方体、按尖晶石律形成的双晶、插生双晶、凸八面体、凸十二面体、凸立方体以及由这些单晶构成的双晶或聚晶八面体、菱形十二面体、立方体、三角三八面体、三角四六面体和四角三八面体。双晶是两个以上同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生。钻石常出现接触双晶类型，接触双晶是指双晶个体以平面相接触而

4、连生在一起。（由两个八面体构成的天然双晶钻石晶体）（由两个立方体构成的天然穿插双晶）2-2金刚石的主要机械物理性能2-2-1机械性能1、硬度莫氏硬度10、显微硬度10600（大于30GPa）硬度金刚石的摩氏硬度为10，是最硬的物质。这种10级硬度是相对的。实际上它是硬度为9的刚玉的绝对硬度的150倍，比硬度为7的水晶大1000倍矿物摩斯硬度压入硬度研磨硬度﹡(Vickerkg/mm2)(Rosival)滑石1240.03石膏2361.04方解石31093.75萤石41894.2磷灰石55365.4正长石679530.8石英71120100黄玉81427146刚玉92060

5、833金刚石1010600117000﹡以α–石英作为100，为相对标准。几种常见材料的硬度比较2.硬度与原子结构的关系各向异性晶体不同方向硬度有一定差异<111>><110>><100>……(用立方模型表示)。这给钻石的加工带来了方便。金刚石的高硬度保证了钻石的耐磨性，永不磨损。为什么沿不同方向加工的难易不一样？3.解理：由于晶体的面间距不同，在外力作用下，它们最容易沿面间距最大的结晶面间劈开，称为解理分析八面体如何解理4.摩擦：摩擦系数低。在空气中与金属的摩擦系数低于0.1，有极高的抗磨损性能，是刚玉的90-100倍、硬质合金40-200倍、高速钢淬火2000-500

6、0倍研磨能力比碳化硅高500-3500倍碳化硼1500-6000倍4、强度强度是衡量金刚石晶体质量的主要指标1）抗压强度一般磨料级1.5GPa高品级3-5GPa2)抗冲击韧性3）弹性模量与压缩系数金刚石，体积弹性模量B高达435GPa（吉帕），立方氮化硼B=369GPa弹性模量表示其强度和在加工过程中发生形变的特性弹性模量越大，变形越小，被加工工件的形变、产生的内应力和发热量都较小，提高加工件质量1.D.M.Teter,MRSBulletin,22(1998)2.J.Haines,J.M.LegerandG.Bocquillon,Annu.Rev.Mater.Res.31

7、,1(2001)3.P.F.McMillan,NatureMaterials1,19(2002)4.C.Kocer,N.Hirosaki,andS.Ogata,Phys.Rev.B67,035210(2003)硬度与体弹性模量的关系1.D.M.Teter,MRSBulletin,22(1998)2.J.Haines,J.M.LegerandG.Bocquillon,Annu.Rev.Mater.Res.31,1(2001)3.P.F.McMillan,NatureMaterials1,19(2002)4.C.Kocer,N.H