钻石也叫金刚石,这种矿物的主要成分是碳元素,它的特殊结构让其非常坚硬,加工难度大,具有硬度高,化学稳定性好,韧性差等特点,钻石的单位叫克拉(Ct),1克拉等于0.2克。 - V$ g. d3 ], D# N* P+ T( H8 k
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3 a2 n# L" d9 X. O古代,在钻石还没有被发现时,人类的各大古代文明都有自己的宝石,如中国古代就将玉石作为宝石,欧洲人将琥珀作为宝石,还有的将祖母绿作为宝石。 * P; `9 L* x% M% ^0 i. i
直到2500年前,有人在印度河流中捡到了钻石的原矿石,人们发现这种石头非常坚硬,可以切割打磨任何物体,由于其非常难得,将它视为权力和地位的象征。 到18世纪,经过加工后的钻石出现在最高统治者的权杖和皇冠上。 随着钻石的原矿石矿藏在非洲被发现,钻石的数量开始增多,就已不再只有统治者才能拥有,它也变成了财富的象征。 8 n8 \% W6 X- [7 `0 S
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1 O8 h8 v3 @& k9 q& P钻石号称世界上最硬的天然物质,硬度是铁的2倍多,那么用铁锤去砸钻石会是什么结果嘞,结果是铁锤会将钻石砸碎,钻石不是最硬的物质吗?怎么干不过铁锤啊。 3 k9 X+ c1 s0 q4 ^3 M' s* z
这是钻石的特殊内部结构造成的,钻石的原子晶体结合力很强,这就是它坚硬的原因,但在天然形成的过程中也会有一些错位,滑移,杂质等缺陷,这么强的组合当受到外力冲击时,就会自身不变形将这个外力层层传递下去,这个冲击力在某些缺陷部位造成结构性破坏,这个结构破坏会沿着一个面传递下去,从而使整个钻石裂开。 # a7 ?9 ]4 e) l$ N
虽然钻石的硬度是最高的,但是它的韧性(脆性)却很低,也就是物体抗破裂能力很差,一个物体韧性越高就越不容易破裂,而钻石的韧性与玻璃几乎一样,这也就是钻石容易被砸碎的原因之一。
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; b! u8 k: K3 D( S( j1 y1 y9 B在地球内部100~300公里处,压力为4500~6000兆帕,温度1000~1500摄氏度,这个环境是高温高压,犹如一个炼炉般的过程中,由碳元素组成的结晶体经过数亿年,最后形成了天然钻石,再由火山喷发将其带到地表,这就是天然钻石的形成过程。
0 u3 K4 h% p8 v% j$ k/ l 人造钻石又叫它培育钻石,是模拟天然钻石结晶的过程而生产出来的钻石;有两种钻石生长法。高温高压法(HPHT)只能做小颗粒钻石,具有成本低,纯度低等特点,这种钻石处于中低端,作为工业用途,如用来制造钻头,刀具等; $ r1 e: f1 B" i% h; w/ g( H+ I
化学气体沉积法(CVD)能做大颗粒钻石,具有成本高,纯度高等特点,这种方法制造的钻石能达到高级钻石的颜色和纯净度 # E6 m) D @3 f+ B6 [& T4 [
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4 d8 B1 q" h" C% A2 e* A化学气体沉淀法
" D0 L; \( T! f+ j5 g首先用激光从人造钻石或天然钻石上削下细小的薄片,这块薄片就好比是人造钻石的种子,激光会让钻石薄片变黑,还要对这块钻石薄片抛光,在钻石薄片周围涂上树脂和化学剂,让钻石薄片完全固定在钢块上。
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将固定有钻石薄片的钢块旋接在螺纹杆上,放入带有钻石颗粒的转轮上,让钻石薄片与钻石颗粒接触,转轮旋转时会产生摩擦力,钻石是最坚硬的矿物,只有其它钻石能有效抛光钻石,前后差别非常惊人,钻石薄片表面会变得晶莹剔透。 1 @! V$ R& J3 M" V4 h6 R
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" {0 {7 w" e+ {# c3 I现在就可以开始培养了,用夹子将钻石薄片放在特制的金属底座上,它们之间留有生长所需的足够空间。 0 T! B7 i( h" F. N8 B* g9 a
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用金属箱盖住它们,注入氢气和甲烷气体,机器内会增加压力,还将钻石薄片加热到1千摄氏度以上,甲烷会分解出碳原子,形成等离子体降落在钻石薄片上,沉淀结晶帮助它们长大。
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钻石能以每小时0.006毫米的速度生长,两天时间就能获得周围包裹着石墨的钻石。
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8 b) j& S9 w, B7 Y& R8 l. v但这些粗糙的钻石还需要加工才能发出光芒,在尖头钢棒上涂上树脂,将人造钻石粘在树脂上,通过不断旋转激光会切削修整每个面,让人造钻石变得晶莹剔透。 / s% U# T- H1 ]4 ?0 M
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通过放大镜检查品质,还要放入另一个抛光转轮将钻石修剪成经典的钻石形状,就会让钻石更加闪亮夺目。 7 R+ v$ U: w, o/ E
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高温高压法+ K5 i ]; y2 ?) B, z# M1 J
这种方法也需要用钻石薄片作为人造钻石的种子,再将提纯后的碳元素金刚石粉,起催化作用的镍铁,和钻石种子装入生长舱中。 ! W- ~: J3 u. b/ @
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将生长舱放入一台分球式顶压机中,启动时顶压机产生5000~6000兆帕的高压,通过导电让生长舱上的加热棒加温,让生长舱内的温度达到1200摄氏度以上,还要让生长舱内上下有20~50摄氏度的温差,金刚石粉将熔化成移动的碳原子,高温区的碳原子会向低温区扩散,不断沉积在钻石种子上,经过一周就能生长出一颗人造钻石。 # Q2 v, l; A6 K! a2 s8 ?# d1 f
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1 @( x z9 d* H/ C3 }人造钻石也是真实的钻石,成分及性质和天然钻石都一模一样,两者之间只有通过特殊的仪器才能区分,比如在阴极发光仪下人造钻石的生长呈多边几何状,而天然钻石会呈环带状。
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. P, m9 E( F( `: H/ t目前中国是世界上人造钻石的主要生产国,从工业级人造钻石到高品质的宝石级钻石,从几克拉到几十克拉都能人工培育,人造钻石的价格比天然钻便宜40%左右,也许人造钻石有一天真的会像养殖珍珠般发展。
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人造钻石不仅可以用作各种珠宝,通讯,半导体等行业上,更重要的是科学家可以利用这些物理化学性质,随温度压力而产生的变化,作为探索地球内部的研究基础。
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