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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。 8 M! u- u2 f" S# U n- c( P
图片来源：pixabay % d$ \4 E2 R& T c7 \
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。 0 Q4 H1 n9 [- }: h2 C% X' Q
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。 " @/ P7 B& h- `8 L. L3 M3 ^; a0 t J
图片来源：pixabay ) o/ c# i2 g( [: G0 W9 ]/ S/ X/ r
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。
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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。
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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。 2 I# r) U" A; k- w
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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。
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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； 4 Q2 K' v+ U. i4 [9 ~$ X
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
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7 Y& r: D' B/ w图片来源：pixabay
( J" w3 ]& ?, D0 u- l化学气体沉淀法: a$ ]4 r+ H' f( L( o7 b$ q% z! c
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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: o, m, R# F' G5 O. s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。
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" z8 [. ^, `1 w) y4 V5 ?) B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。
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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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- z' h- ~% i, L; H% K8 M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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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。 0 ^* k& ^" [' P8 I8 ^6 a, e0 X
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, v0 q6 g# Y! I) x% a4 r, H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。 0 T0 b8 U( D7 A w! N
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0 K0 D: Y; ?2 e( ]1 \高温高压法4 H) s! V# Y3 K/ l7 U/ 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。 , ^2 B5 ~+ N1 T5 _: A
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9 }+ I) `& A, ~* t! x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。
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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。 $ M( T3 C# b8 s3 C
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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。 1 h* m0 M) i' Z2 O
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。 - `0 u) C* g- b. k' j
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发表于 2022-11-15 09:55:40
