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  • 高压碳

    钻石,也叫金刚石,俗称“金刚钻”,是经过高压的碳元素。习惯上人们常将加工过的称为钻石,而未加工过的称为金刚石。

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     高压碳(金刚石)简介/高压碳 编辑

    高压碳高压碳

    高压碳,即金刚石,俗称钻石,是经过高压的碳元素。习惯上人们常将加工过的称为钻石,而未加工过的称为金刚石。在我国,金刚石之名最早见于佛家经书中。钻石是自然界中最硬物质,最佳颜色为无色,但也有特殊色,如蓝色、紫色、金黄色等。这些颜色的钻石稀有,是钻石中的珍品。

    印度是历史上最著名的金刚石出产国,现在世界上许多著名的钻石如“光明之山”,“摄政王”,“奥尔洛夫”均出自印度。钻石的产量十分稀少,通常成品钻是采矿量的十亿分之一,因而价格十分昂贵。经过琢磨后的钻石一般有圆形、长方形、方形、椭圆形、心形、梨形、榄尖形等。世界上最重的钻石是1905年产于南非的“库里南”,重3106克拉,已被分磨成9粒小钻,其中一粒被称为“非洲之星”的库里南1号的钻石重量仍占世界名钻首位。“希望蓝钻石”、“冲突钻石”等也很出名。

    作用/高压碳 编辑

    金刚石钻头金刚石钻头

    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。

    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。

    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。  

    特性/高压碳 编辑

    高压碳(金刚石)高压碳(金刚石)

    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黄色。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。

    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。

    鉴别方法/高压碳 编辑

    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

    金刚石金刚石

    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,用手指抚摸钻石会感到胶粘性,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 [1]

    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。

    人造金刚石/高压碳 编辑

    人造金刚石人造金刚石

    美国通用电器公司的研究和开发中心合成了单位体积内原子密度超过现有任何固体物抽的人造金刚石,其硬度超过了天然金刚石,堪称世界上最硬的材料。与天然金刚石含有百分之九十九的碳13同位素。据科学家观察,随着碳13同位素密集程度的增加,原子间的距离会略微缩小,促使人造金刚石的硬度超过原子排列略显松散的天然金刚石。在合成人造金刚石的过程中,科学家们首先通过化学蒸发过程将富含碳13同位素的甲烷气体中的碳元素沉淀成金刚石小碎块,然后再使用非常高的压力把这些小碎块分解,并再结晶成重量最高达3克拉的块状金刚石。 

    原料特点/高压碳 编辑

    金刚石金刚石

    金刚石的化学成分为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。 金刚石的硬度是刚玉的4倍,石英的8倍。详细绝对硬度如下:金刚石10000-2500刚玉2500-2100石英1550-1200。   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。 

    性质/高压碳 编辑

    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。

    高压碳的硬度

    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,这就是高压碳。    

    光学性质

    高压碳高压碳

    (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。 

    分类情况/高压碳 编辑

    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。

    分布/高压碳 编辑

    1971年以来的二十年中,在中国陆续发现了几颗50克拉以上和100克拉以上的金刚石,按发现时间的先后排列如下:   

    1、1971年9月25日,在江苏省宿迁公路旁发现一颗重52.71克拉的金刚石。   

    2、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,全透明,色淡黄,可称金刚石的“中国之最”。被命名为“常林钻石” 

    3、1981年8月15日,在山东郯城陈埠发现一颗124.27克拉的巨粒金刚石。被命名为“陈埠一号”。   

    4、1982年9月,在山东郯城陈埠发现一颗96.94克拉的金刚石。   

    5、1983年5月,在山东郯城陈埠发现一颗92.86克拉的金刚石。   

    6、1983年11月14日,在山东蒙阴发现一颗119.01克拉的巨粒金刚石,被命名为“蒙山一号”。   

    据1987年资料,中国主要金刚石成矿区有:①辽东—吉南成矿区,有中生代和中古生代两期金伯利岩。②鲁西、苏北、皖北成矿区,下古生代可能有多期金伯利岩。③晋、豫、冀成矿区,已在太行山、嵩山、五台山等地发现金伯利岩。④湘、黔、鄂、川成矿区,已在湖南沅水流域发现了4个具工业价值的金刚石砂矿。 

    湖南金刚石,产于湖南省常德丁家港、桃源、黔阳等地。湖南金刚石以砂矿为主,主要分布在沅水流域,分布零散,品位低,但质量好,宝石级金刚石约占40%。相传在明朝年间,湖南沅江流域就有零星的金刚石发现,大规模的寻矿则始于二十世纪五十年代。沅江整个水域均有金刚石分布,但有开采价值的仅常德丁家港、桃源县车溪冲、溆浦县(黔阳)新庄垅、沅陵县窑头等4处。   

    湖南金刚石的颜色深浅不一,内外颜色差异明显,呈带状、斑状分布。其褐色系列金刚石,晶体呈黄褐色,内部洁净,表面有大量的褐色斑点,其褐斑的颜色有黄色、黄褐色、褐色、黑色等,主要分布在金刚石的溶蚀面上,褐色主要由自然界放射性粒子的辐照造成。金刚石总体颗粒小,但质地较好,以单晶为主,约占总产量的98%;晶体比较完整,以八面体、十二面体、六八面体为多;绝大多数晶体浅色透明或呈黄、褐色等;粒重多小于28mg,一般为10.9~15mg;22%晶体中含包裹体;60%的晶体表面有裂纹,表面溶蚀不重。

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2011-04-21
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    物理自然资源

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