金刚石知识

　　金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时‘金刚石’不是只有在地球才有产出，现发现在天体陨落的陨石中也有‘金刚石’的生成态相。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，[1]  也是贵重宝石。需要注意，石墨与金刚石物理性质完全不同。

　　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。

　　一般分类

　　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”，意为无法征服的。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。

　　矿物学分类

　　1类。晶体具有八面体形态，晶面平整均匀，或者带有台阶状发育特征，但生长平面都是（111）面，很少观察到理想的（100）平面；晶体是透明的，它们没有带状结构，大多数为无色，但常见淡黄色；氮以单位原子形态类质同晶地取代碳，具有顺磁性，以及产生及收光谱N3系的中心，特别是它决定了晶体的黄色及蓝色发光作用。

　　2类。基本形态为立方体；晶体是透明的，没有现带状结构；顺磁中心的单原子态氮杂质含量比较高，这些中心均匀地分布在整个晶体中间，常常显示黄色及橙黄色的光致发光。

　　3类。金刚石中有立方形和少数聚形晶体，其特征是形成平面的和不规则的连生体，以及服从从尖晶石律的穿插双晶体；晶体半透明，无色或者在不同程度上的灰色的，或者几乎是黑色的不透明金刚石，内部结构复杂，中心有无色透明区带，在外部有显微包裹体；第三类晶体都是I型金刚石，富集氮杂质，在红外吸光谱中看到了附加谱带。

　　4类。被称为有壳的金刚石，因为晶体的外层一般是混浊的乳白色，浅灰色或不同程度染有黄色或绿色，而内核通常是透明的晶体，具有第一类晶体的同样特点，在带色的外层里常有含量较高的顺磁态氮杂质。

　　5类。是深色或完全黑色的金刚石，其颜色决定于晶体外层中大量的同生石墨包裹体，晶体的中间部分是透明无色的。

　　6类。具有放射状条纹结构的球粒金刚石，称为巴拉斯，是金刚石中稀有的结晶形态，一般为完全规则的球形，但也有滴状或梨形，大多数表面有特殊花纹，巴拉斯有无色的，浅灰色的及完全黑色的，其中也有些乳白色，蛋白色的。

　　7类。半透明金刚石晶体的连生体，晶体本身通常是浅黄，有裂纹及石墨包裹体等缺陷而成半透明，组成这些连生体的晶体生长形态是八面体。

　　8类。属博特类，是大量晶面较好，尺寸大体相同的小晶体的集合体。连生体总的形状是椭圆形或球形，很像小晶体的闭块晶簇。组成连生体的各单体生长形态为八面体，常常有台阶状晶面结构，这造成了假菱形十二面体的发育。

　　9类。亦属博特类。这类全晶粒质金刚石连生体为不规则的块状，组成它们的颗粒很易区分，没有规整的晶形，集合体不透明，呈深灰及全黑，有时是不均匀的粒状结构。

　　10类。属卡邦纳多类，是隐晶或微晶体，具有不规则的块状或碎块状，一般的棱角多多少少是浑圆形，无粘结物，不透明具有各种颜色，通常，卡邦纳多表面颜色更重要些，有时外部它们完全是暗色的，而内部是浅色的。

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