为什么金刚石晶格结构是两个面心立方结构嵌套成的?怎么看出来的(图见下)?

金刚石结构的单胞长度a就是立方体的楞长,而图中显示的原子和原子间的连线就是化学键,化学键的长度也就是原子间的距离,图中为了清楚显示结构,表示原子的圆球的半径画得很小。实际上如果将原子看做紧密排列的话,键长d就是原子半径的两倍2r。

实际金刚石中的一个碳原子有四个最近邻碳原子,形成的正四面体结构和甲烷是一样的,键间夹角也是109.5度。假设这个正四面体的楞长是L。根据正四面体的几何性质,四面体的高=(√6/3)L。中心把高分为1:3两部分。

金刚石结构的原型是金刚石晶体,又称钻石。在金刚石晶体中,每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强,所以金刚石硬度大,熔点极高;又因为所有的价电子都被限制在共价键区域,没有自由电子,所以金刚石不导电。

金刚石结构是一种由两个面心立方点阵沿立方晶胞的体对角线偏移1/4单位嵌套而成的晶体结构,属于面心立方布喇菲点阵(Bravais lattice), 立方晶系,Fd-3m (227号)空间群。


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上图是金刚石结构的,单胞长度a就是立方体的楞长

而图中显示的原子和原子间的连线就是化学键

化学键的长度也就是原子间的距离

图中为了清楚显示结构,表示原子的圆球的半径画得很小

实际上如果将原子看做紧密排列的话,键长d就是原子半径的两倍2r

为了简单,这里用甲烷分子的结构来说明问题

实际金刚石中的一个碳原子有四个最近邻碳原子

形成的正四面体结构和甲烷是一样的,键间夹角也是109.5度

假设这个正四面体的楞长是L

根据正四面体的几何性质

四面体的高=(√6/3)L。中心把高分为1:3两部分。

又从之间的结果可以d=2r,而从第一个图中容易得到 L=(√2/2)a

你弄清楚金刚石晶胞结构就会了,金刚石可看成8个部分,四个是体心立方堆积,四个是简单立方堆积,就是说金刚石晶胞8个碳为顶点,6个碳为面心,里面有四个碳上面两个,下面两个,错开放置。说到这,结合体心立方堆积与简单立方堆积的计算方法就清楚了,金刚石体对角线为8r

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《精密与特种加工技术》思考题答案及主要知识点

1.精密与特种加工技术在机械制造领域的作用与地位如何?√

答:目前,精密和特种加工技术已经成为机械制造领域不可缺少的重要手段,在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用,尤其在国防工业、尖端技术、微电子工业方面作用尤为明显。由于精密与特种加工技术的特点以及逐渐被广泛应用,已引起了机械制造领域内的许多变革,已经成为先进制造技术的重要组成部分,是在国际竞争中取得成功的关键技术。精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要标志之一。

2.精密与特种加工技术的逐渐广泛应用引起的机械制造领域的那些变革?√

⑴ 提高了材料的可加工性:

常规加工中难加工的金刚石、硬质合金、淬火钢、陶瓷、玻璃等在特种加工不再是难题,对电火花和线切割等加工技术而言,淬火钢比未淬火钢更容易加工;

⑵ 改变了零件的典型工艺路线:

线切割、电火花成型加工、电解加工等可在淬火处理后进行,避开了淬火热变形对精度的影响;

⑶ 大大缩短新产品试制周期:

采用精密与特种加工技术可直接加工出各种标准和非标准直齿轮,各种特殊复杂的二次曲面体零件;

⑷ 对产品零件的结构设计产生很大的影响:

如喷气发动机涡轮也由于电解加工技术的出现可采用整体式结构;

⑸ 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响:

现在有时为了避免淬火处理产生开裂,变形等缺陷,故意把钻孔,开槽等工艺安排在淬火处理之后,使工艺路线更灵活。

3.特种加工工艺与常规加工工艺之间有何关系?应该如何正确处理特种加工与常规加工之间的关系?√

答:常规工艺是在切削、磨削、研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺,而且今后也始终是主流工艺。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多,常规传统工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展,特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺,但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺。

●它们之间的不同点有:

1)不是主要依靠机械能,而是主要用其他的能量(如电、光、热、化学、声等)去除材料;

2)工具的硬度可低于被加工工件材料,或根本不需要使用任何工具;

3)加工过程中,工具和工件之间不存在显著的机械切削力,特别适合于精密加工低刚度零件;

●传统加工方法在当前是主要加工手段,应该重视,并进一步发展。将几种加工方法融合在一起,发挥各自所长,相辅相成。

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