Question

12分）立方氮化硼（cBN）是一種自然界不存在的人工合成超硬材料，硬度僅次于金剛石，但耐熱性、化學穩定性以及鋼材加工等方面表現出比金剛石更加優異的性能，具有巨大的應用價值。由美國通用電氣公司溫托夫等人首次研制成功，隨后成為各國爭相研制的熱點，是超硬材料領域的最重要成就之一。

10-1 立方氮化硼由六方氮化硼（hBN）在高溫高壓下制備，六方氮化硼又稱“白石墨”，結構和許多性質與石墨類似，柔軟光滑，由如圖1所示的B、N平面層堆疊形成，沿c軸方向相鄰兩層的B、N原子投影重合，試畫出hBN的一個晶胞透視圖。

10-2 立方氮化硼（cBN）的晶胞結構如圖2所示，與金剛石的結構相似，面心立方晶胞，晶胞參數α = 361.5 pm。在cBN晶體中B原子的堆積方式為______，B填充N的_____空隙

10-3 寶石工匠琢磨鉆石時，有些晶面特別難拋光，試推測立方氮化硼的那些晶面難拋光？為什么？_____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

10-4 以知金剛石的晶胞參數α = 356.7 pm，通過計算說明立方氮化硼的硬度略小于金剛石的原因。

計算過程：_________________________________________________________________

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解釋原因：_________________________________________________________________

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Answer 1

10-1                                    （3分）

10-2 面心立方密堆積（或Al堆積） 四面體 （每空一分，共2分）

10-3 垂直于體對角線的晶面，（或者（111）面，或者垂直于堆積方向的晶面）（1分）

因為磨掉這些晶面時，每個原子都要被切斷三個B-N共價鍵 （2分）

注：幾個或者表達的意義相同時，知識表達方式不同。

10-4 由題意知：

立方氮化硼中的B-N鍵長為：

或

金剛石中的C-C鍵長為：

或

晶體材料的硬度主要取決于晶體中原子的共價鍵數目和鍵長，立方氮化硼和金剛石晶體中各原子周圍形成的共價鍵數目相同，而立方氮化硼中的B-N鍵略長，所以硬度小 （2分）