立方金刚石的晶体结构讲课教案
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖ 1967年，瓜巴拉峡谷陨石金刚石---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
➢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。
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
❖ 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。
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
滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
摩斯硬度
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
压入硬度 研磨硬度﹡
(Vicker kg/mm2) (Rosival)
立方体
正八面体
菱形十二面体
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
2-1-2 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
硬度与剪切弹性模量的关系
1. D. M. Teter, MRS Bulletin, 22 (1998) 2. J. Haines, J. M. Leger and G. Bocquillon, Annu. Rev. Mater. Res. 31, 1 (2001) 3. P. F. McMillan, Nature Materials 1, 19 (2002) 4. C. Kocer, N. Hirosaki, and S. Ogata, Phys. Rev. B 67, 035210 (2003)
❖ 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
硬度Leabharlann Baidu体弹性模量的关系
1. D. M. Teter, MRS Bulletin, 22 (1998) 2. J. Haines, J. M. Leger and G. Bocquillon, Annu. Rev. Mater. Res. 31, 1 (2001) 3. P. F. McMillan, Nature Materials 1, 19 (2002) 4. C. Kocer, N. Hirosaki, and S. Ogata, Phys. Rev. B 67, 035210 (2003)
24
0.03
36
1.04
109
3.75
189
4.2
536
5.4
795
30.8
1120
100
1427
146
2060
833
10600 117000
﹡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？
❖ 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3-5GPa ❖ 2)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
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： Ⅰa ⅠaA 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。
❖ 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
❖ 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2000-5000倍
❖ 研磨能力比碳化硅高500-3500倍 碳化硼 1500-6000倍
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
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
➢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。
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
❖ 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。
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
滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石
摩斯硬度
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
压入硬度 研磨硬度﹡
(Vicker kg/mm2) (Rosival)
立方体
正八面体
菱形十二面体
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
2-1-2 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
硬度与剪切弹性模量的关系
1. D. M. Teter, MRS Bulletin, 22 (1998) 2. J. Haines, J. M. Leger and G. Bocquillon, Annu. Rev. Mater. Res. 31, 1 (2001) 3. P. F. McMillan, Nature Materials 1, 19 (2002) 4. C. Kocer, N. Hirosaki, and S. Ogata, Phys. Rev. B 67, 035210 (2003)
❖ 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
硬度Leabharlann Baidu体弹性模量的关系
1. D. M. Teter, MRS Bulletin, 22 (1998) 2. J. Haines, J. M. Leger and G. Bocquillon, Annu. Rev. Mater. Res. 31, 1 (2001) 3. P. F. McMillan, Nature Materials 1, 19 (2002) 4. C. Kocer, N. Hirosaki, and S. Ogata, Phys. Rev. B 67, 035210 (2003)
24
0.03
36
1.04
109
3.75
189
4.2
536
5.4
795
30.8
1120
100
1427
146
2060
833
10600 117000
﹡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？
❖ 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3-5GPa ❖ 2)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
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： Ⅰa ⅠaA 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。
❖ 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
❖ 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2000-5000倍
❖ 研磨能力比碳化硅高500-3500倍 碳化硼 1500-6000倍
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢