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

Question

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： _________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Answer 1

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）