什么叫金刚石
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发布时间：2022-04-20 08:22
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时间：2022-05-26 03:17
中文名称：金刚石 英文名称：diamond 定义：碳的同素异形体，是已知的最硬的物质，有天然和人造两类。 所属学科：机械工程（一级学科）；磨料磨具（二级学科）；磨料（*学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
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金刚石金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。
目录
基本介绍
原料特点
性质介绍化学性质
物理性质
金刚石的硬度
金刚石的光学性质
分类情况
矿产资源
用途
鉴别1、钻石的单折光性
2、钻石的吸附性
3、一线直落的特征
4、特有的金刚光泽
历史
产地
分布
原材料
金刚石和石墨
人造
开采金刚石的硬度
金刚石的光学性质
作家基本介绍
原料特点
性质介绍 化学性质
物理性质
金刚石的硬度
金刚石的光学性质
分类情况
矿产资源
用途
鉴别 1、钻石的单折光性
2、钻石的吸附性
3、一线直落的特征
4、特有的金刚光泽
历史
产地分布原材料金刚石和石墨人造开采
金刚石的硬度 金刚石的光学性质作家展开 编辑本段基本介绍
金刚石的化学式 NC----N个C,金刚石是原子晶体,一块金刚石是一个巨分子,N个C的聚合体.只能用它的结构式表示. “常林钻石”
金刚石就是我们常说的钻石（钻石是它的俗称），它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。还被作为很多精密仪器的部件。 金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为特佳。它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明。多数金刚石大多带些*。金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石仅产出于金伯利岩筒中。金伯利岩是它们的原生地岩石，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到1000℃时，它会缓慢地变成石墨。 1977年12月21日，在山东省临沭县常林大队，女社员魏振芳发现1颗重158.786克拉的优质巨钻----中国最大的金刚石，全透明，色淡黄，可称金刚石的“中国之最”。被命名为“常林钻石”.（约鸡蛋黄大小，右图）。世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石均产于巴西，都超过3100克拉（1克拉=200毫克）。其中宝石级金刚石的尺寸为10×6.5×5厘米，名叫“库利南”，1905年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石，重158.786克拉，1977年发现于山东临沭县，列为世界名钻。世界金刚石主要产地有澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。 金刚石与石墨同属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有“硬度之王”和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。上个世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功制造出人造金刚石。现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，只是造出大颗粒的金刚石还很困难。
编辑本段原料特点
金 天然金刚石
刚石的化学成分为C，与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中，总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。 金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为1.54?(10-10m）。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。 金刚石莫氏硬度为10，显微硬度为98 654.9MPa（100060kg/mm2），绝对硬度大于石英的1000倍，大于刚玉的150倍。 矿物性脆，贝壳状或参差状断口，在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开，具有平行八面体的中等或完全解理，平行十二面体的不完全解理。矿物质纯，密度一般为3 470-3 560kg/m3。 金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量，极纯净者无色，一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等；纯净者透明，含杂质的半透明或不透明；在阴极射线、X射线和紫外线下，会发出不同的绿色、天蓝、紫色、黄绿色等色的荧光；在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光；金刚光泽，少数油脂或金属光泽，高折射率，一般为2.40-2.48。 金刚石的热导率一般为136.16w/（m·k），其中Ⅱa型金刚石热导率极高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降，如在室温时为铜的5倍；比热容随温度上升而增加，如在-106℃时为399.84J/（kg·k），107℃时为472.27J/（kg·k）；热膨胀系数极小，随温度上升而增高，如在-38.8℃时为0，0℃时为5.6×10-7；在纯氧中燃点为720～800℃，在空气中为850-1 000℃，在绝氧下2 000-3 000℃转变为石墨。 金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。 金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。 根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类，并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石，特别是Ⅰa亚型，为常见的普通金刚石，约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。由于Ⅱ型金刚石的性能优异，因此多用于空间技术和尖端工业。
编辑本段性质介绍
化学性质
在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳
[1]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。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。
物理性质
钻石的摩氏硬度为10；由于硬度最高，钻石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。钻石的密度为3.52g/cm3，折射率为2.417，色散率为0.044。
金刚石的硬度
摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度10000kg/mm2，显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍。金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。 依照摩氏硬度标准(Mohs hardness scale)共分10级，钻石(金刚石)为最高级第10级；如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。 等级1 滑石 等级2 石膏 等级3 方解石 等级4 萤石 等级5 磷灰石 等级6 正长石 等级7 石英 等级8 黄玉 等级9 刚玉 等级10 钻石 把任何两种不同的矿物互相刻划，两者中必定会有一种受到损伤。有一种矿物，能够划伤其他一切矿物，却没有一种矿物能够划伤它，这就是金刚石。 金刚石为什么会有如此大的硬度呢？ 直到18世纪后半叶，科学家才搞清楚了构成金刚石的“材料”。如前所述，早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载，然而，在其后的1600多年中，人们始终不知道金刚石的成分是什么。 直到18世纪的70至90年代，才有法国化学家拉瓦锡(1743～1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验，结果发现得到的是二氧化碳气体，即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于，这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。 知道了金刚石的成分是碳，仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如，制造铅笔芯的材料是石墨，成分也是碳，然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同？ 这个问题，是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石，研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现，在金刚石晶体内部，每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合，形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且，这种致密的结构，使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克，大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构，使得金刚石具有最大的硬度。换句话说，金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。
金刚石的光学性质
(1) 光学鉴定之亮度（Brilliance）金刚石因为具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。 (2) 闪烁（Scintillation）金刚石的闪烁就是闪光，即当金刚石或者光源 、 观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。 (3) 色散或出火（Dispersion or fire）金刚石多样的晶面象三棱镜一样，能把通过折射 、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。 (4) 光泽（Luster）刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。
编辑本段分类情况
金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体，是自然界最硬的矿物。其名称来源于希腊文“Adamas”，意为坚硬无敌。金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产，在国民经济中具有重要的作用。金刚石按用途分为两类：质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。 宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为“宝石之王”，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石（工业用金刚石），以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。 金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。Ⅱ型金刚石比较罕见，仅占金刚石总量的1%～2%。Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等，多用于空间技术和尖端工业。具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品，如重3 106ct（Carat，克拉）世界著名的“库利南”钻石，即属此类。
编辑本段矿产资源
人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。早在公元前3世纪古印度就发现了金刚石。自公元纪年起至今，钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。 世界金刚石矿产资源不丰富，1996年世界探明金刚石储量基础仅19亿ct，远不能满足宝石与工业消费的需要。 20世纪60年代以来，人工合成金刚石技术兴起，至90年代日臻完善，人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石，其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上（在中国已达99%以上）。 金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。世界钻石的经销主要由迪比尔斯*销售组织控制。 中国发现金刚石约在200-300年前，在明清朝之际（约17世纪），湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代。迄今，在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6颗，如重约158 ct的“常林钻石”等 中国金刚石矿产资源比较贫乏，通过近50年的地质工作，仅在辽宁、山东、湖南和江苏4省探明了储量。截至1996年底，中国保有金刚石储量2 089.78万ct，在世界上不占重要地位。在质量上，中国辽宁省所产金刚石质地优良，宝石级金刚石产量约占总产量的70%。20世纪90年代以来，中国年产金刚石约10～15万ct，远不能满足本国消费的需要。国家所需工业用金刚石99%以上依赖国产人造金刚石，1997年中国人造金刚石产量达4.4亿ct，天然工业用金刚石所占消费比重极为有限。 金刚石矿石有岩浆岩和砂矿两类。已知含金刚石的岩浆岩有金伯利岩、钾镁煌斑岩和橄榄岩3种，其中金伯利岩型和钾镁煌斑岩型具有工业意义。
编辑本段用途
当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。文艺复兴时期，用金刚石粉末制成的慢性毒药曾流行在意大利豪门之间。 此外还有：地质钻头和石油钻头金刚石、拉丝模用金刚石、磨料用金刚石、修整器用金刚石、玻璃刀用金刚石、硬度计压头用金刚石、工艺品用金刚石。 若涂在音响纸盆上，音箱音质会大为改善。 观赏用途 钻石由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，成为女士最爱的宝石。巨型的美钻可以价值连城。而掺有深颜色的钻石的价钱更高。目前最昂贵的有色钻石，要数带有微蓝的水蓝钻石。 钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含；二型不含。而蓝色的钻石是二B型的，是半导体。
编辑本段鉴别
在社会对珠宝钻石需求增加的情况下，人造钻石和其它冒充钻石不断充扩市场，甚至有些珠宝经营者也分不清楚。下面介绍几种简单鉴别钻石真伪的方法。
1、钻石的单折光性
钻石的单折光性，是由于钻石的本质特性决定的。而其它天然宝石或人造宝石大都是双折光性的。冒充的钻石在10倍放大镜观察下，从正面稍斜的角度看，很容易看出棱角线出现重叠影像，并同时呈现出两个底光。双折射率差别小的如锆石等，也可看出底光重叠的影像。
2、钻石的吸附性
钻石对油脂及污垢有一定的亲和力，即油污很容易被钻石吸附。因此，用手指*钻石会感到胶粘性，手指似乎有粘糊的感觉。这是任何宝石所没有的。这种方法需要加以训练方能掌握其中微妙的区别。
3、一线直落的特征
钻石表面抛光很光滑。用一支钢笔蘸上墨水在钻石上划过，若是真钻石，表面留下的是一条光滑连续的线条，特征是一线直落。仿冒品留下的是一个个小圆点组成的线条。用此法观察应借助放大镜。
4、特有的金刚光泽
大致在100度的白炽灯光下，切磨很好的钻石与仿冒品相互比较，很容易看出哪个具有金刚光泽。此方法不宜在过暗或过强的灯光下是进行。
编辑本段历史
美丽的东西必难求，就像钻石总是与毒蛇共生一样。听听古罗马的著名哲学家普林尼（Pliny）给您带来的钻石之谷的故事。 相传公元前350年，马其顿国王亚历山大（Alexandera）东征印度，在一个深坑中发现有钻石，但深坑内有许多毒蛇守护着，这些毒蛇可以在数丈远的地方就使人毙命。亚历山大命令士兵用镜子折光（聚光），将毒蛇烧死，然后把羊肉扔进坑内，坑中的钻石就粘在羊肉上面，羊肉引来了秃鹰，秃鹰连羊肉带钻石吃进腹内飞走后，士兵跟踪追杀秃鹰得到了钻石。从此传说毒蛇是金刚石的守护神。 毒蛇真是上帝派来守护金刚石的吗？与蛇共舞，其实靠的还是金刚石的独特魅力，这就是金刚石特有的荧光现象。金刚石受X光或者紫外线的照射后会发光，特别是在黑暗的地方或夜里会发出蓝、青、绿、黄等颜色的荧光。我国古时候称有这种特性的金刚石为“夜明珠”。印度木夫梯里附近深谷中的金刚石，白天受到太阳紫外线照射后，夜里会发出淡青色的荧光。这些荧光吸引了许多有趋光性的昆虫飞来，昆虫又引来大量的青蛙，青蛙又招来许多毒蛇。环环相扣，这就是有金刚石的深谷中多毒蛇的原因。 直到19世纪中叶，人们还把金刚石视为一种神奇的石头。在已知的全部大约4200种矿物中，金刚石为什么会最坚硬？金刚石是在何地、如何产生出来的？所有这些，当时的人们还都全然不知。 人类同金刚石打交道有悠久的历史。早在公元1世纪，当时罗马的文献中就有了关于金刚石的记载。那时，罗马人还没有把金刚石当作装饰用的宝石，只是利用它们无比的硬度，当作雕琢工具使用。 后来，随着技术的进步，金刚石才被当作宝石用于饰品，而且价格越来越昂贵。到了15世纪，在欧洲的一些城市，如巴黎、伦敦和安特卫普(比利时北部城市)等，已经能够看到一些匠人利用金刚石的粉末来研磨大块金刚石，对金刚石进行加工。 金刚石作为宝石越来越昂贵，然而，对金刚石的科学研究却相对比较迟缓。一个重要原因就是，长期以来始终未能发现储藏有金刚石的“矿山”，已经发现的金刚石全都是在印度和巴西等地的河沙及碎石中靠运气采集到的，数量极少，十分稀罕。特别是高品质的金刚石，极其昂贵，只有王公贵族才享用得起。对如此昂贵的金刚石进行研究，在那样一种情况下，几乎是不可能的。 进入19世纪，情况才有了变化。1866年，住在南非一家农场的一位叫做伊拉兹马斯·雅可比的少年在奥兰治河滩上玩耍，无意中捡到一块重达21.25克拉(4.25克。克拉，宝石的重量单位，1克拉＝0.2克)的金刚石原石。那粒金刚石立即被英国的殖民总督送到巴黎的万国博览会(1867～1868)上展览，并取名为“尤瑞卡”(希腊语，意思是“我找到了”)。 听到在南非发现金刚石的消息，一时间有成千上万的探矿者赶到奥兰治河，形成了一股寻找金刚石的狂潮。其中有一对姓伯纳特的兄弟，不久就非常幸运地在金伯利附近发现了一座金刚石矿。 发现金刚石矿意义十分重大，通过研究矿山的地质结构，便有可能知道在哪些地点有可能形成金刚石。
编辑本段产地
如前面所介绍的，伯纳特兄弟于1870年发现了金伯利金刚石矿。正是这一发现，使人们知道了在哪种岩石中有可能含有金刚石。 原来，那是一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩。接着，研究者又发现，在这种火山岩中除了金刚石，还含有被称为石榴石和橄榄石的两种矿物。因此，在那些出产石榴石和橄榄石的地点，找到金刚石矿的可能性就相对大。于是，石榴石和橄榄石就成为寻找金刚石的“指示矿物”。 根据指示矿物来寻找金刚石矿的方法并不是在哪一天突然发现的。上世纪70年代，美国史密森研究所的地球化学家约翰·贾尼在仔细研究了石榴石和金刚石之间的关系后发表了他的研究结果。但是，在那之前，即上世纪50年代，德比尔斯公司的地质人员早就根据指示矿物在世界各地寻找金刚石矿了。 目前在世界各地都发现了金刚石矿。其中，澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。 美国马萨诸塞大学的地球物理学家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金刚石的熔岩的年代，结果发现，这些含有金刚石的熔岩至少是在过去7个不同的时期在各地喷出的岩浆所形成的，其中最古老的熔岩则是在大约10亿年前形成的。在这7个岩浆喷发时期中，以在非洲各地和巴西等地区于1.2亿年前至8000万年前喷出的岩浆中所含有的金刚石为最多。那时正值恐龙时代极盛期的中生代白垩纪。含有金刚石的熔岩，最晚的，是在2200万年以前喷出的岩浆形成的。至于在那以后形成的熔岩中是否含有金刚石，则还无法肯定。
