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它們可以是透明的,也可以是半透明或不透明,也可以是納米金剛石。許多金剛石帶些黃色,這主要是由于金剛石中含有雜質(zhì)。 金剛石的折射率非常高,色散性能也很強,這就是金剛石為什么會反射出五彩繽紛閃光的原因。金剛石在X射線照射下會發(fā)出藍(lán)綠色熒光。金剛石原生礦僅產(chǎn)出于金伯利巖筒或少數(shù)鉀鎂煌斑巖中。金伯利巖等是它們的母巖,其他地方的金剛石都是被河流、冰川等搬運過去的。金剛石一般為粒狀。如果將金剛石加熱到1000℃時,它會緩慢地變成石墨和二氧化碳?xì)怏w。

金剛石的顏色取決于純凈程度、所含雜質(zhì)元素的種類和含量,極純凈者無色,一般多呈不同程度的黃、褐、灰、綠、藍(lán)、乳白和紫色等。純凈者透明,含雜質(zhì)的半透明或不透明。在陰極射線、X射線和紫外線下,會發(fā)出不同的綠色、天藍(lán)、紫色、黃綠色等色的熒光。在日光曝曬后至暗室內(nèi)發(fā)淡青藍(lán)色磷光。金剛光澤,少數(shù)油脂或金屬光澤,高折射率,一般為2.40-2.48。

原生金剛石是在地下深外處(130——180Km)高溫(900——1300℃)高壓(45——60)&215。108Pa下結(jié)晶而成的,它們主要儲存在金伯利巖或鉀鎂煌斑巖中,其形成年代相當(dāng)久遠(yuǎn)。金伯利巖型鉆石產(chǎn)地,如南非金伯利礦,約形成于距今33億年前,這個年齡幾乎與地球同歲。而鉀鎂煌斑巖型的鉆石產(chǎn)地,如澳大利亞阿蓋爾礦、博茨瓦納奧拉伯礦,雖說年輕,也分別已有15.8億年和9.9億年了。藏于如此大的地下深處達(dá)億萬年之久的鉆石晶體要重見天日,得有助于火山噴發(fā),熔巖流將含有鉆石的巖漿帶入至地球近地表處,或長途遷徙沉淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管狀礦,后者形成的則為沖積礦。還有一種金剛石是在外太空產(chǎn)出的,太空撞擊'納米金剛石',它同樣也是純的單一的碳單質(zhì)的特性。

引用亞洲寶石協(xié)會(GIG)報告:金剛石的化學(xué)成分為C,與石墨同是碳的同質(zhì)多象變體。在礦物化學(xué)組成中,總含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素;并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等雜質(zhì)元素,以及碳水化合物。

金剛石礦物晶體構(gòu)造屬等軸晶系同極鍵四面體型構(gòu)造。碳原子位于四面體的角頂及中心,具有高度的對稱性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結(jié),距離為154pm。常見晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。

金剛石的絕對硬度是剛玉的4倍,石英的8倍。

礦物性脆,貝殼狀或參差狀斷口,在不大的沖擊力下會沿晶體解理面裂開,具有平行八面體的中等或完全解理,平行十二面體的不完全解理。礦物質(zhì)純,密度一般為3 470-3560kg/m3。

開采加工

金剛石礦體歷經(jīng)艱辛開采后,還需經(jīng)過多道處理遴選,才可從中獲得毛坯金剛石。毛坯金剛石中僅有20%左右可作首飾用途的鉆坯,而大部分只能用于切割、研磨及拋光等工業(yè)用途上。有人曾粗略地估算過,要得到1ct重的鉆石,起碼要開采處理250噸礦石,采獲率是相當(dāng)?shù)偷?如果想從成品鉆中挑選出美鉆,那兩者的比率更是十分懸殊的了。

金剛石的熱導(dǎo)率一般為2000w/(m·k),其中Ⅱa型金剛石熱導(dǎo)率極高,在液氮溫度下為銅的25倍,并隨溫度的升高而急劇下降,如在室溫時為銅的5倍;比熱容隨溫度上升而增加,如在-106℃時為399.84J/(kg·k),107℃時為472.27J/(kg·k);熱膨脹系數(shù)極小,隨溫度上升而增高,如在-38.8℃時為0,0℃時為5.6×10-7;在純氧中燃點為720~800℃,在空氣中為850-1 000℃,在絕氧下2 000-3 000℃轉(zhuǎn)變?yōu)槭�墨。金剛石還具有非磁性、不良導(dǎo)電性、親油疏水性和摩擦生電性等。唯Ⅱb型金剛石具良好的半導(dǎo)體性能。

穩(wěn)定性

金剛石化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,具有耐酸性和耐堿性,高溫下不與濃Hf、HCl、HNO3作用,只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融體中,或與K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸時,表面會稍有氧化;在O2、CO、CO2、H2、Cl2、H2O、CH4的高溫氣體中腐蝕。

根據(jù)金剛石的氮雜質(zhì)含量和熱、電、光學(xué)性質(zhì)的差異,可將金剛石分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,并進(jìn)一步細(xì)分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類。Ⅰ型金剛石,特別是Ⅰa亞型,為常見的普通金剛石,約占天然金剛石總量的98%。Ⅰ型金剛石均含有一定數(shù)量的氮,具有較好的導(dǎo)熱性、不良導(dǎo)電性和較好的晶形。Ⅱ型金剛石極為罕見,含極少或幾乎不含氮,具有良好的導(dǎo)熱性和曲面晶體的特點。Ⅱb亞型金剛石具半導(dǎo)電性。由于Ⅱ型金剛石的性能優(yōu)異,因此多用于空間技術(shù)和尖端工業(yè)。

世界上最大的工業(yè)用金剛石和寶石級金剛石都超過3100克拉(1克拉=200毫克)。其中寶石級金剛石的尺寸為10×6.5×5厘米,名叫"庫利南",1905年發(fā)現(xiàn)于南非的普雷米爾巖管。中國常林鉆石,重158.786克拉,于1977年被山東臨沭縣常林大隊女社員魏振芳發(fā)現(xiàn),后列為世界名鉆。世界金剛石主要產(chǎn)地有南非、澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦納、俄羅斯。

硬度

摩氏硬度10,新摩氏硬度15,顯微硬度10000kg/mm2,顯微硬度比石英高1000倍,比剛玉高150倍。金剛石硬度具有方向性,八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度,菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。

依照摩氏硬度標(biāo)準(zhǔn)(Mohs hardness scale)共分10級,鉆石(金剛石)為最高級第10級。如小刀其硬度約為5.5、銅幣約為3.5至4、指甲約為2至3、玻璃硬度為6。

等級1滑石

等級2石膏

等級3方解石

等級4螢石

等級5磷灰石

等級6正長石

等級7石英

等級8黃玉

等級9剛玉

等級10鉆石

把任何兩種不同的礦物互相刻劃,兩者中必定會有一種受到損傷。有一種礦物,能夠劃傷其他一切礦物,卻沒有一種礦物能夠劃傷它,這就是金剛石。

直到18世紀(jì)后半葉,科學(xué)家才搞清楚了構(gòu)成金剛石的"材料"。如前所述,早在公元1世紀(jì)的文獻(xiàn)中就有了關(guān)于金剛石的記載,然而,在其后的1600多年中,人們始終不知道金剛石的成分是什么。

直到18世紀(jì)的70至90年代,才有法國化學(xué)家拉瓦錫(1743~1794)等人進(jìn)行的在氧氣中燃燒金剛石的實驗,結(jié)果發(fā)現(xiàn)得到的是二氧化碳?xì)怏w,即一種由氧和碳結(jié)合在一起的物質(zhì)。這里的碳就來源于金剛石。終于,這些實驗證明了組成金剛石的材料是碳。

知道了金剛石的成分是碳,仍然不能解釋金剛石為什么有那樣大的硬度。例如,制造鉛筆芯的材料是石墨,成分也是碳,然而石墨卻是一種比人的指甲還要軟的礦物。金剛石和石墨這兩種礦物為什么會如此不同?

這個問題,是在1913年才由英國的物理學(xué)家威廉·布拉格和他的兒子做出回答。布拉格父子用X射線觀察金剛石,研究金剛石晶體內(nèi)原子的排列方式。他們發(fā)現(xiàn),在金剛石晶體內(nèi)部,每一個碳原子都與周圍的4個碳原子緊密結(jié)合,形成一種致密的三維結(jié)構(gòu)。這是一種在其他礦物中都未曾見到過的特殊結(jié)構(gòu)。而且,這種致密的結(jié)構(gòu),使得金剛石的密度為每立方厘米約3.5克,大約是石墨密度的1.5倍。正是這種致密的結(jié)構(gòu),使得金剛石具有最大的硬度。換句話說,金剛石是碳原子被擠壓而形成的一種礦物。

結(jié)構(gòu)性質(zhì)

金剛石(其中純凈的叫鉆石)的化學(xué)式C————4個C(碳原子),空間結(jié)構(gòu)為穩(wěn)定的正四面體交替鏈接而成.金剛石是原子晶體,一塊金剛石是一個巨分子,N個C的聚合體。只能用它的元素符號加注釋來表示[C(金剛石)].

鉆石就是我們常說的金剛石 ,它是一種由碳元素組成的礦物。金剛石是自然界中最堅硬的物質(zhì),因此也就具有了許多重要的工業(yè)用途,如精細(xì)研磨材料、高硬切割工具、各類鉆頭、拉絲模。還被作為很多精密儀器的部件。金剛石與石墨同屬于碳的單質(zhì)。是一種具有超硬、耐磨、熱敏、傳熱導(dǎo)、半導(dǎo)體及透遠(yuǎn)等優(yōu)異的物理性能,素有"硬度之王"和寶石之王的美稱,金剛石的結(jié)晶體的角度是54度44分8秒。20世紀(jì)50年代,美國以石墨為原料,在高溫高壓下成功制造出人造金剛石。人造金剛石已經(jīng)廣泛用于生產(chǎn)和生活中,雖然造出大顆粒的金剛石還很困難(所以大顆粒的天然金剛石仍然價值連城),但是已經(jīng)可以制成了金剛石薄膜。

在鉆石晶體中,碳原子按四面體成鍵方式互相連接,組成無限的三維骨架,是典型的原子晶體。每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵,構(gòu)成正四面體。由于鉆石中的C-C鍵很強,所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成,沒有自由電子,所以鉆石不僅硬度大,熔點極高,而且不導(dǎo)電。在工業(yè)上,鉆石主要用于制造鉆探用的探頭和磨削工具,形狀完整的還用于制造手飾等高檔裝飾品,其價格十分昂貴。也有一種'金剛石'是SP6雜化的鍵鍵合,被稱為'六方金剛石'(藍(lán)絲黛爾石),現(xiàn)以闡明在自然界存在。

鉆石的摩氏硬度為10;由于在自然界物質(zhì)中硬度最高,鉆石的切削和加工必須使用鉆石粉來進(jìn)行。鉆石的密度為3.52g/cm,折射率為2.417,色散率為0.044。

光學(xué)性質(zhì)

1、亮度(Brilliance)金剛石因為具有極高的反射率,其反射臨界角較小,全反射的范圍寬,光容易發(fā)生全反射,反射光量大,從而產(chǎn)生很高的亮度。

2、閃爍(Scintillation)金剛石的閃爍就是閃光,即當(dāng)金剛石或者光源、 觀察者相對移動時其表面對于白光的反射和閃光。無色透明、結(jié)晶良好的八面體或者曲面體聚形鉆石,即使不加切磨也可展露良好的閃爍光。

3、色散或出火(Dispersion or fire)金剛石多樣的晶面象三棱鏡一樣,能把通過折射、反射和全反射進(jìn)入晶體內(nèi)部的白光分解成白光的組成顏色——紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫等色光。

4、光澤(Luster)剛石出類拔萃般堅硬的、平整光亮的晶面或解理面對于白光的反射作用特別強烈,而這種非常特征的反光作用就叫作金剛光澤。

金剛石是碳在高溫高壓條件下的結(jié)晶體,是自然界最硬的礦物。其名稱來源于希臘文"Adamas",意為無法征服的。金剛石是一種稀有、貴重的非金屬礦產(chǎn),在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。金剛石按用途分為兩類:質(zhì)優(yōu)粒大可用作裝飾品的稱寶石級金剛石,質(zhì)差粒細(xì)用于工業(yè)的稱工業(yè)用金剛石。

寶石級金剛石,又稱鉆石,光澤燦爛,晶瑩剔透,被譽為"寶石之王",價值昂貴,是世界公認(rèn)的第一貨品,其占有程度和消費水平往往被視為是衡量個人和國家經(jīng)濟(jì)富裕程度的標(biāo)志。達(dá)不到寶石級的金剛石(工業(yè)用金剛石),以其超硬性廣泛用于機電、光學(xué)、建筑、交通、冶金、地勘、國防等工業(yè)領(lǐng)域和現(xiàn)代高、新技術(shù)領(lǐng)域。

金剛石按所含微量元素可分為Ⅰ型金剛石和Ⅱ型金剛石兩個類型。Ⅰ型金剛石多為常見的普通金剛石。Ⅱ型金剛石比較罕見,僅占金剛石總量的1%~2%。Ⅱ型金剛石因常具有良好的導(dǎo)熱性、解理性和半導(dǎo)體性等,多用于空間技術(shù)和尖端工業(yè)。具微藍(lán)色彩的優(yōu)質(zhì)大粒Ⅱ型金剛石視為鉆石中之珍品,如重3 106ct(Carat,克拉)世界著名的"庫利南"鉆石,即屬此類。

礦物學(xué)分類

1類。晶體具有八面體形態(tài),晶面平整均勻,或者帶有臺階狀發(fā)育特征,但生長平面都是(111)面,很少觀察到理想的(100)平面;晶體是透明的,它們沒有帶狀結(jié)構(gòu),大多數(shù)為無色,但常見淡黃色;氮以單位原子形態(tài)類質(zhì)同晶地取代碳,具有順磁性,以及產(chǎn)生及收光譜N3系的中心,特別是它決定了晶體的黃色及藍(lán)色發(fā)光作用。

2類�；�本形態(tài)為立方體;晶體是透明的,沒有現(xiàn)帶狀結(jié)構(gòu);順磁中心的單原子態(tài)氮雜質(zhì)含量比較高,這些中心均勻地分布在整個晶體中間,常常顯示黃色及橙黃色的光致發(fā)光。

3類。金剛石中有立方形和少數(shù)聚形晶體,其特征是形成平面的和不規(guī)則的連生體,以及服從從尖晶石律的穿插雙晶體;晶體半透明,無色或者在不同程度上的灰色的,或者幾乎是黑色的不透明金剛石,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,中心有無色透明區(qū)帶,在外部有顯微包裹體;第三類晶體都是I型金剛石,富集氮雜質(zhì),在紅外吸光譜中看到了附加譜帶。

4類。被稱為有殼的金剛石,因為晶體的外層一般是混濁的乳白色,淺灰色或不同程度染有黃色或綠色,而內(nèi)核通常是透明的晶體,具有第一類晶體的同樣特點,在帶色的外層里常有含量較高的順磁態(tài)氮雜質(zhì)。

5類。是深色或完全黑色的金剛石,其顏色決定于晶體外層中大量的同生石墨包裹體,晶體的中間部分是透明無色的。

6類。具有放射狀條紋結(jié)構(gòu)的球粒金剛石,稱為巴拉斯,是金剛石中稀有的結(jié)晶形態(tài),一般為完全規(guī)則的球形,但也有滴狀或梨形,大多數(shù)表面有特殊花紋,巴拉斯有無色的,淺灰色的及完全黑色的,其中也有些乳白色,蛋白色的。

7類。半透明金剛石晶體的連生體,晶體本身通常是淺黃,有裂紋及石墨包裹體等缺陷而成半透明,組成這些連生體的晶體生長形態(tài)是八面體。

8類。屬博特類,是大量晶面較好,尺寸大體相同的小晶體的集合體。連生體總的形狀是橢圓形或球形,很像小晶體的閉塊晶簇。組成連生體的各單體生長形態(tài)為八面體,常常有臺階狀晶面結(jié)構(gòu),這造成了假菱形十二面體的發(fā)育。

9類。亦屬博特類。這類全晶粒質(zhì)金剛石連生體為不規(guī)則的塊狀,組成它們的顆粒很易區(qū)分,沒有規(guī)整的晶形,集合體不透明,呈深灰及全黑,有時是不均勻的粒狀結(jié)構(gòu)。

10類。屬卡邦納多類,是隱晶或微晶體,具有不規(guī)則的塊狀或碎塊狀,一般的棱角多多少少是渾圓形,無粘結(jié)物,不透明具有各種顏色,通常,卡邦納多表面顏色更重要些,有時外部它們完全是暗色的,而內(nèi)部是淺色的。

常見種類

石墨

金剛石和石墨不是同種物質(zhì),它們是由相同元素構(gòu)成的同素異型體。 所不同的是物理結(jié)構(gòu)特征。二者的化學(xué)式都是C。

石墨原子間構(gòu)成正六邊形是平面結(jié)構(gòu),呈片狀;金剛石原子間是立體的正四面體結(jié)構(gòu)。

金剛石的熔點是3550℃,石墨的熔點是3652℃~3697℃(升華)。石墨熔點高于金剛石。

從片層內(nèi)部來看,石墨是原子晶體;從片層之間來看,石墨是分子晶體(總體說來,石墨應(yīng)該是混合型晶體);而金剛石是原子晶體。石墨晶體的熔點反而高于金剛石,似乎不可思議,但石墨晶體片層內(nèi)共價鍵的鍵長是1.42×10-10m,金剛石晶體內(nèi)共價鍵的鍵長是1.55×10-10m。同為共價鍵,鍵長越小,鍵能越大,鍵越牢固,破壞它也就越難,也就需要提供更多的能量,故而熔點應(yīng)該更高。 (主要就是石墨的原子晶體屬性導(dǎo)致它的熔點變高)

人造石

人工合成金剛石的方法主要有兩種,高溫高壓法及化學(xué)氣相沉積法。

高溫高壓法技術(shù)已非常成熟,并形成產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)產(chǎn)量極高,為世界之最。

化學(xué)氣相沉積法仍主要存在于實驗室中。

二氧化碳逆轉(zhuǎn)變成金剛石: 國內(nèi)一家單位曾宣稱在440度的低溫下即可實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變,然而相關(guān)論文一經(jīng)發(fā)表即遭到他國相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膹娏屹|(zhì)疑,而且論文存在一稿多投的現(xiàn)象,文中數(shù)據(jù)也有嚴(yán)重不妥。雖然相關(guān)人員在相關(guān)學(xué)術(shù)刊物中進(jìn)行了答疑,此科研成果還是被質(zhì)疑是國內(nèi)科研造假又一案例。但是最終不了了之。

納米金剛石

納米材料的出現(xiàn)引起世界各國物理學(xué)家、化學(xué)家、材料學(xué)家及工程界、產(chǎn)業(yè)界廣泛注意的新材料。本文對納米材料的通性、金剛石的基本性質(zhì)、納米金剛石的性質(zhì)與應(yīng)用前景、燒結(jié)型納米PCD的聚結(jié)機理及性質(zhì)進(jìn)行闡述,提示了納米金剛石聚晶具有金剛石的納米材料的雙重特性,提出了制造納米金剛石聚晶的可能性。

納米材料,具的1-100nm的納米尺寸結(jié)構(gòu),正是由于這種結(jié)構(gòu),使得它具有單個分子和體相材料之間的特殊性。這些年來,人們對納米材料的研究已經(jīng)滲透到許多研究領(lǐng)域。由于其所具有的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及廣闊的應(yīng)用前景越來越受到人們的廣泛關(guān)注。納米結(jié)構(gòu)材料的研究已成為跨世紀(jì)材料學(xué)的研究熱點,這種材料被譽為:"21世紀(jì)最有前途的功能材料"。

納米材料的性質(zhì)——納米物質(zhì)之所以表現(xiàn)出這些奇異的性能,主要是由于物質(zhì)進(jìn)入納米尺度后表現(xiàn)出了一些宏觀物質(zhì)不具備或在宏觀物質(zhì)中可忽略的物理效應(yīng)。根據(jù)人們對納米顆粒的研究,這些效應(yīng)主要有表面效應(yīng),量子尺寸效應(yīng),小尺寸效應(yīng),宏觀量子隧道效應(yīng)等。

相傳公元前350年,馬其頓國王亞歷山大(Alexandera)東征印度,在一個深坑中發(fā)現(xiàn)有鉆石,但深坑內(nèi)有許多毒蛇守護(hù)著,這些毒蛇可以在數(shù)丈遠(yuǎn)的地方就使人斃命。亞歷山大命令士兵用鏡子折光(聚光),將毒蛇燒死,然后把羊肉扔進(jìn)坑內(nèi),坑中的鉆石就粘在羊肉上面,羊肉引來了禿鷹,禿鷹連羊肉帶鉆石吃進(jìn)腹內(nèi)飛走后,士兵跟蹤追殺禿鷹得到了鉆石。從此傳說毒蛇是金剛石的守護(hù)神。

毒蛇真是上帝派來守護(hù)金剛石的嗎?與蛇共舞,其實靠的還是金剛石的獨特魅力,這就是金剛石特有的熒光現(xiàn)象。金剛石受X光或者紫外線的照射后會發(fā)光,特別是在黑暗的地方或夜里會發(fā)出藍(lán)、青、綠、黃等顏色的熒光。我國古時候稱有這種特性的金剛石為"夜明珠"。印度木夫梯里附近深谷中的金剛石,白天受到太陽紫外線照射后,夜里會發(fā)出淡青色的熒光。這些熒光吸引了許多有趨光性的昆蟲飛來,昆蟲又引來大量的青蛙,青蛙又招來許多毒蛇。環(huán)環(huán)相扣,這就是有金剛石的深谷中多毒蛇的原因。

直到19世紀(jì)中葉,人們還把金剛石視為一種神奇的石頭。在已知的全部大約4200種礦物中,金剛石為什么會最堅硬?金剛石是在何地、如何產(chǎn)生出來的?所有這些,當(dāng)時的人們還都全然不知。

人類同金剛石打交道有悠久的歷史。早在公元1世紀(jì),當(dāng)時羅馬的文獻(xiàn)中就有了關(guān)于金剛石的記載。那時,羅馬人還沒有把金剛石當(dāng)做裝飾用的寶石,只是利用它們無比的硬度,當(dāng)做雕琢工具使用。

后來,隨著技術(shù)的進(jìn)步,金剛石才被當(dāng)作寶石用于飾品,而且價格越來越昂貴。到了15世紀(jì),在歐洲的一些城市,如巴黎、倫敦和安特衛(wèi)普(比利時北部城市)等,已經(jīng)能夠看到一些匠人利用金剛石的粉末來研磨大塊金剛石,對金剛石進(jìn)行加工。

金剛石作為寶石越來越昂貴,然而,對金剛石的科學(xué)研究卻相對比較遲緩。一個重要原因就是,長期以來始終未能發(fā)現(xiàn)儲藏有金剛石的"礦山",已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的金剛石全都是在印度和巴西等地的河沙及碎石中靠運氣采集到的,數(shù)量極少,十分稀罕。特別是高品質(zhì)的金剛石,極其昂貴,只有王公貴族才享用得起。對如此昂貴的金剛石進(jìn)行研究,在那樣一種情況下,幾乎是不可能的。

進(jìn)入19世紀(jì),情況才有了變化。1866年,住在南非一家農(nóng)場的一位叫做伊拉茲馬斯·雅可比的少年在奧蘭治河灘上玩耍,無意中撿到一塊重達(dá)21.25克拉(4.25克�？死�,寶石的重量單位,1克拉=0.2克)的金剛石原石。那粒金剛石立即被英國的殖民總督送到巴黎的萬國博覽會(1867~1868)上展覽,并取名為"尤瑞卡"(希臘語,意思是"我找到了")。

聽到在南非發(fā)現(xiàn)金剛石的消息,一時間有成千上萬的探礦者趕到奧蘭治河,形成了一股尋找金剛石的狂潮。其中有一對姓伯納特的兄弟,不久就非常幸運地在金伯利附近發(fā)現(xiàn)了一座金剛石礦。

發(fā)現(xiàn)金剛石礦意義十分重大,通過研究礦山的地質(zhì)結(jié)構(gòu),便有可能知道在哪些地點有可能形成金剛石。

開發(fā)簡史

人類對金剛石的認(rèn)識和開發(fā)具有悠久的歷史。早在公元前3世紀(jì)古印度就發(fā)現(xiàn)了金剛石。自公元紀(jì)年起至今,鉆石一直是國家與王宮貴族、達(dá)官顯貴的財富、權(quán)勢、地位的象征。

世界金剛石礦產(chǎn)資源不豐富,1996年世界探明金剛石儲量基礎(chǔ)僅19億噸,遠(yuǎn)不能滿足寶石與工業(yè)消費的需要。

20世紀(jì)60年代以來,人工合成金剛石技術(shù)興起,至90年代日臻完善,人造金剛石幾乎已完全取代工業(yè)用天然金剛石,其用量占世界工業(yè)用金剛石消費量的90%以上(在中國已達(dá)99%以上)。

金剛石主要生產(chǎn)國為澳大利亞、俄羅斯、南非、博茨瓦納和扎伊爾等。世界鉆石的經(jīng)銷主要由迪比爾斯中央銷售組織控制。

中國發(fā)現(xiàn)金剛石約在200-300年前,在明清朝之際(約17世紀(jì)),湖南省農(nóng)民在河砂中淘到過金剛石。金剛石的地質(zhì)勘查工作始于20世紀(jì)50年代。迄今,在中國發(fā)現(xiàn)的重量大于90 ct的著名金剛石有6顆,如重約158 ct的"常林鉆石"等。

中國金剛石礦產(chǎn)資源比較貧乏,通過近50年的地質(zhì)工作,僅在遼寧、山東、湖南和江蘇4省探明了儲量。截至1996年底,中國保有金剛石儲量2 089.78萬ct,在世界上不占重要地位。在質(zhì)量上,中國遼寧省所產(chǎn)金剛石質(zhì)地優(yōu)良,寶石級金剛石產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%。20世紀(jì)90年代以來,中國年產(chǎn)金剛石約10~15萬ct,遠(yuǎn)不能滿足本國消費的需要。國家所需工業(yè)用金剛石99%以上依賴國產(chǎn)人造金剛石,1997年中國人造金剛石產(chǎn)量達(dá)4.4億ct,天然工業(yè)用金剛石所占消費比重極為有限。

金剛石礦石有巖漿巖和沖積礦兩類。已知含金剛石的母巖有金伯利巖、鉀鎂煌斑巖和榴輝巖3種,其中金伯利巖型和鉀鎂煌斑巖型具有工業(yè)意義。

據(jù)英國《每日鏡報》2012年9月17日報道,俄羅斯克里姆林宮宣稱,西伯利亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一處小行星碰撞形成的彈坑中蘊藏豐富鉆石資源,儲存量之大可持續(xù)開發(fā)長達(dá)3000年。這個彈坑名為波皮蓋坑,直徑約合100公里,里面蘊藏的鉆石達(dá)數(shù)萬億克拉,超過全世界現(xiàn)有的鉆石儲量。據(jù)介紹,波皮蓋坑之所以這么多年來一直沒得到開發(fā),是因為蘇聯(lián)時代人們把更多精力耗費在了打造人造寶石上。鉆石專家根納迪·尼基汀指出,"這些鉆石儲量之大讓人震驚,對它們的開發(fā)會給鉆石市價帶來什么樣的影響,目前尚不清楚。"根納迪補充說 ,與制造珠寶首飾相比,這些鉆石的價值將更多的體現(xiàn)在工業(yè)用途中。

地質(zhì)鉆頭和石油鉆頭金剛石、拉絲模用金剛石、磨料用金剛石、修整器用金剛石、玻璃刀用金剛石、硬度計壓頭用金剛石、工藝品用金剛石。

若涂在音響紙盆上,音箱音質(zhì)會大為改善。

慢性毒藥

文藝復(fù)興時期,用金剛石粉末制成的慢性毒藥曾流行在意大利豪門之間。當(dāng)人服食下金剛石粉末后,金剛石粉末會粘在胃壁上,在長期的摩擦中,會讓人得胃潰瘍,不及時治療會死于胃出血,是種難以讓人提防的慢性毒劑。

觀賞寶石

鉆石由于折射率高,在燈光下顯得閃閃生輝,成為女士最愛的寶石。巨型的美鉆可以價值連城。而摻有深顏色的鉆石的價錢更高。目前最昂貴的有色鉆石,要數(shù)帶有微藍(lán)的水藍(lán)鉆石。

鉆石分為一型和二型兩種,這主要是根據(jù)它是否含有N元素:一型含,主要呈白色到淡黃色;二型不含。而藍(lán)色的鉆石是二B型的,是半導(dǎo)體。

單折光性

鉆石的單折光性,是由于鉆石的本質(zhì)特性決定的。而其它天然寶石或人造寶石大都是雙折光性的。冒充的鉆石在10倍放大鏡觀察下,從正面稍斜的角度看,很容易看出棱角線出現(xiàn)重疊影像,并同時呈現(xiàn)出兩個底光。雙折射率差別小的如鋯石等,也可看出底光重疊的影像。

吸附性

鉆石對油脂及污垢有一定的親和力,即油污很容易被鉆石吸附。因此,用手指撫摸鉆石會感到膠粘性,手指似乎有粘糊的感覺。這是任何寶石所沒有的。這種方法需要加以訓(xùn)練方能掌握其中微妙的區(qū)別。

一線直落特征

鉆石表面拋光很光滑。用一支鋼筆蘸上墨水在鉆石上劃過,若是真鉆石,表面留下的是一條光滑連續(xù)的線條,特征是一線直落。仿冒品留下的是一個個小圓點組成的線條。用此法觀察應(yīng)借助放大鏡。

金剛光澤

大致在100度的白熾燈光下,切磨很好的鉆石與仿冒品相互比較,很容易看出哪個具有金剛光澤。此方法不宜在過暗或過強的燈光下進(jìn)行。

密度檢測

金剛石的密度為每立方厘米約3.5克,而其他的"疑是金剛石"的密度一般在每立方厘米約3.25克,用二碘甲烷液(其密度在3.35克)浸泡"疑是金剛石",漂浮的為它物,沉沒的就是金剛石了。

金剛石是目前發(fā)現(xiàn)的硬度最高、鋒利性較好的磨粒。采用電鍍的方法將金剛石磨料"電鍍"在金屬基體上,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的壓鑄燒結(jié)法,不僅投資少、成本低,而且避免了在高溫情況下金剛石的氧化,保證了金剛石的硬度和鋒利性。

在整個電鍍金剛石過程中,90%以上的電鍍層結(jié)合不良是由于鍍前處理不良所致。因此,要提高電鍍質(zhì)量,最主要的是做好鍍前處理。

鍍前處理的內(nèi)容大致包括:除油、防銹、浸蝕、酸洗、活化清洗以及加輔助電極和裝掛等。

為了提高鍍層質(zhì)量,經(jīng)過對國內(nèi)外的電鍍行業(yè)情況進(jìn)行分析和比較,結(jié)合實際,制定了鍍前處理新工藝流程如下:去毛刺清洗涂絕緣膠擦洗化學(xué)除油熱、冷水沖洗酸洗冷水沖洗電化學(xué)除油沖洗陽極處理沖洗入槽。

1、去毛刺用砂紙和手銼將工件上的毛刺除去,防止工件表面呈現(xiàn)介電的不良狀態(tài)。

2、清洗用酒精將工件擦洗一遍,初步清除工件表面的油污。

3、涂絕緣膠將擦洗后的工件,在非鍍部位上涂一層快速粘合劑,使非鍍部位絕緣。

4、擦洗為了防止需鍍部位被涂上絕緣膠,用手銼或砂紙將該部位再打磨一遍,然后沖洗。

5、化學(xué)除油除油劑配方。

氫氧化鈉具有很強的皂化作用,與動植物油反應(yīng),生成可溶性肥皂和甘油。十二烷基硫酸鈉是一種表面活性劑,在其十二烷基疏水基團(tuán)和硫酸根親水基團(tuán)的協(xié)同作應(yīng)下,降低了液體與工作之間的表面張力。它作為一種堿液添加劑,加快了除油速度。碳酸鈉和硅酸鈉則是兩種緩沖劑對處來酸起緩沖作用,使融液的PH值基本上保持不變。將工件置于上述溶液中,在40℃~60℃的情況下清洗30分鐘左右。

6、熱,冷水沖洗先用熱水沖洗,在用冷書沖洗,避免除油液進(jìn)入酸溶液中。

7、酸洗酸洗液配方,其目的是去除基體表面的氧化皮。

8、冷水沖洗酸洗后,將工件夾出,用冷水沖洗,然后裝掛到電化學(xué)除油槽內(nèi)。

9、電花學(xué)除油電化學(xué)除油劑配方

把工作裝掛在此溶液內(nèi),接同點源,先陰級處理1分鐘,然后陽極處理3分種。所采用的電流密度為10A/dm2,電極為不銹鋼板。電化學(xué)除油的反應(yīng)如下:

陽級除油:4OH——2e=O2+H2O

陰極除油:2H++2e=H2

采用先陰后厭極的聯(lián)合除油法,具有去油速度快,無氫脆的優(yōu)點。

10、沖洗將用電化學(xué)除油后的工件用書進(jìn)性行沖細(xì)洗,準(zhǔn)備竟行陽行處理。

11、陽極處理

陽極處理液配方見表4所示,將基體裝掛好,需鍍部位插入該液中。負(fù)極用鉛板,正極用基體。電流密度為25A/dm2,通電時間為3分鐘。陽級處理避免了產(chǎn)生氫脆的現(xiàn)象,尤其適合于入槽前的最后一道工序。

12、沖洗入槽將陽極處理完畢的基體快速進(jìn)行沖洗后,放入電鍍槽中,準(zhǔn)備電鍍。

至此,完成金剛石電鍍的整個鍍前處理。

實驗結(jié)果

實驗將試件分成五組,在不同的鍍前處理工藝流程下進(jìn)行鍍前處理,然后在同一電鍍條件下入槽電鍍。各組試件具體處理條件。

試樣采用15152mm2的鐵片。實驗時,溫度為40℃1℃,電流密度為40MA/dm2,陽極為純凈的2鎳板,陰極為試件。

對電鍍完的試件進(jìn)行結(jié)合力和脆性兩方面的檢驗。鍍層結(jié)合力檢驗是采用定性的實驗檢測方法即銼刀試驗法。所謂銼刀實驗法是指用銼刀由基體向鍍層方向成45o銼鍍層邊緣。如鍍層不被帶起或脫落,則為合格。

當(dāng)結(jié)合力良好時,再進(jìn)行鍍層的脆性檢驗。脆性檢驗采用的是彎曲法。彎曲法將試件夾在虎鉗上反復(fù)彎曲,同時用放大鏡觀察彎曲部位的變化至出現(xiàn)第一條裂紋為止。

由表5的測量結(jié)果可知,采用新工藝,試件表面光潔性好,油污和氧化皮被除凈,試件呈現(xiàn)出良好的受鍍狀態(tài)。鍍層金屬與基體金屬間的結(jié)合力良好,鍍層的均勻性、完整性都較好。

結(jié)論

1、采用機械去毛刺、銼磨需鍍部位的方法,防止工件表面呈現(xiàn)介電的不良狀態(tài);

2、將十二烷基硫酸鈉作為堿添加劑,加強了基體表面的活性,去油速度快、質(zhì)量好;

3、采用低溫去油,使基體不受熱應(yīng)力影響;

4、在化學(xué)除油和酸洗后,又采用電化學(xué)除油和陽極處理,大大地改變了基體表面的狀態(tài),提高了鍍液的分散能力和覆蓋能力,提高了鍍層的均勻性、完整性,增強了鍍層的結(jié)合力。

原來,那是一種在遠(yuǎn)古時代的巖漿冷卻以后所形成的火山巖。接著,研究者又發(fā)現(xiàn),在這種火山巖中除了金剛石,還含有被稱為石榴石和橄欖石的兩種礦物。因此,在那些出產(chǎn)石榴石和橄欖石的地點,找到金剛石礦的可能性就相對大。于是,石榴石和橄欖石就成為尋找金剛石的"指示礦物"。

根據(jù)指示礦物來尋找金剛石礦的方法并不是在哪一天突然發(fā)現(xiàn)的。上世紀(jì)70年代,美國史密森研究所的地球化學(xué)家約翰·賈尼在仔細(xì)研究了石榴石和金剛石之間的關(guān)系后發(fā)表了他的研究結(jié)果。但是,在那之前,即上世紀(jì)50年代,德比爾斯公司的地質(zhì)人員早就根據(jù)指示礦物在世界各地尋找金剛石礦了。

世界各地都發(fā)現(xiàn)了金剛石礦。其中,澳大利亞、剛果、俄羅斯、博茨瓦納和南非是著名的五大金剛石產(chǎn)地。

美國馬薩諸塞大學(xué)的地球物理學(xué)家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金剛石的熔巖的年代,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這些含有金剛石的熔巖至少是在過去7個不同的時期在各地噴出的巖漿所形成的,其中最古老的熔巖則是在大約10億年前形成的。在這7個巖漿噴發(fā)時期中,以在非洲各地和巴西等地區(qū)于1.2億年前至8000萬年前噴出的巖漿中所含有的金剛石為最多。那時正值恐龍時代極盛期的中生代白堊紀(jì)。含有金剛石的熔巖,最晚的,是在2200萬年以前噴出的巖漿形成的。至于在那以后形成的熔巖中是否含有金剛石,則還無法肯定。

1971年以來的二十年中,在中國陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了幾顆50克拉以上和100克拉以上的金剛石,按發(fā)現(xiàn)時間的先后排列如下:

1、1971年9月25日,在江蘇省宿遷公路旁發(fā)現(xiàn)一顆重52.71克拉的金剛石。

2、1977年12月21日,在山東省臨沭縣常林大隊,女社員魏振芳發(fā)現(xiàn)1顆重158.786克拉的優(yōu)質(zhì)巨鉆,全透明,色淡黃,可稱金剛石的"中國之最"。被命名為"常林鉆石"

3、1981年8月15日,在山東郯城陳埠發(fā)現(xiàn)一顆124.27克拉的巨粒金剛石。被命名為"陳埠一號"。

4、1982年9月,在山東郯城陳埠發(fā)現(xiàn)一顆96.94克拉的金剛石。

5、1983年5月,在山東郯城陳埠發(fā)現(xiàn)一顆92.86克拉的金剛石。

6、1983年11月14日,在山東蒙陰發(fā)現(xiàn)一顆119.01克拉的巨粒金剛石,被命名為"蒙山一號"。蒙陰金剛石礦是全國最大的原生礦。

據(jù)1987年資料,中國主要金剛石成礦區(qū)有:①遼東-吉南成礦區(qū),有中生代和中古生代兩期金伯利巖。②魯西、蘇北、皖北成礦區(qū),下古生代可能有多期金伯利巖。③晉、豫、冀成礦區(qū),已在太行山、嵩山、五臺山等地發(fā)現(xiàn)金伯利巖。④湘、黔、鄂、川成礦區(qū),已在湖南沅水流域發(fā)現(xiàn)了4個具工業(yè)價值的金剛石砂礦。

湖南金剛石,產(chǎn)于湖南省常德丁家港、桃源、黔陽等地。湖南金剛石以砂礦為主,主要分布在沅水流域,分布零散,品位低,但質(zhì)量好,寶石級金剛石約占40%。相傳在明朝年間,湖南沅江流域就有零星的金剛石發(fā)現(xiàn),大規(guī)模的尋礦則始于二十世紀(jì)五十年代。沅江整個水域均有金剛石分布,但有開采價值的僅常德丁家港、桃源縣車溪沖、溆浦縣(黔陽)新莊垅、沅陵縣窯頭等4處。

湖南金剛石的顏色深淺不一,內(nèi)外顏色差異明顯,呈帶狀、斑狀分布。其褐色系列金剛石,晶體呈黃褐色,內(nèi)部潔凈,表面有大量的褐色斑點,其褐斑的顏色有黃色、黃褐色、褐色、黑色等,主要分布在金剛石的溶蝕面上,褐色主要由自然界放射性粒子的輻照造成。金剛石總體顆粒小,但質(zhì)地較好,以單晶為主,約占總產(chǎn)量的98%;晶體比較完整,以八面體、十二面體、六八面體為多;絕大多數(shù)晶體淺色透明或呈黃、褐色等;粒重多小于28mg,一般為10.9~15mg;22%晶體中含包裹體;60%的晶體表面有裂紋,表面溶蝕不重。

新疆省和田地區(qū)墨玉縣發(fā)現(xiàn)金剛石

1945年,墨玉縣出土了一顆重0.5克拉的金剛石,被一個蘇聯(lián)人收購,存放在蘇聯(lián)莫斯科展覽館內(nèi)。1963年為我國駐蘇大使館發(fā)現(xiàn),將此事轉(zhuǎn)告國家地質(zhì)部,地質(zhì)部又責(zé)成新疆地質(zhì)局調(diào)查,調(diào)查任務(wù)交給駐和田第寸'地質(zhì)大隊。經(jīng)過二十多年的訪問調(diào)查,終于在1984年證實了這一事實。{日出土地點不是原來所記載的波朋村,而是在吐斯阿克其。吐斯阿克其距和田65公里,距墨玉縣城40公里。 1984年10月17目,墨玉縣前進(jìn)公社二管理區(qū)三大隊二小隊社員買賣提奴爾麻木提在吐斯阿克其發(fā)現(xiàn)第二顆金剛石。這顆金剛石重O.2028克拉,主晶形為八而體,晶棱彎曲呈弧形,略帶黃棕色,透明。在紫外線下不發(fā)光;x射線下發(fā)天藍(lán)色,經(jīng)自治區(qū)地質(zhì)局鑒定,確為金剛石。 1985年7月6日,吐斯阿克里再傳喜訊,墨玉縣金礦職工王峻青在該地距地面2.5米深處,發(fā)現(xiàn)~顆重O.221克拉的金剛石。這樣,吐斯阿克其先后出土金剛石三顆。金剛石是碳在高溫度高壓下形成的結(jié)晶體,為自然界最硬的礦物,硬度lO,~-般川作高級研磨切割材料,亦用作首飾。

駁斥:石墨與金剛石化學(xué)性質(zhì)完全不同,下面暫舉一例,提純?nèi)嗽旖饎偸瘯r使用高氯酸HClO4與濃硫酸H2SO4去除石墨,顯示了金剛石與石墨的化學(xué)性質(zhì)差異,石墨在此條件下被去除,而金剛石保留。

原文摘要:作者以HNO3、HClO4 +H2SO4 、NaOH為處理藥劑 ,按照"除觸媒合金 石墨 葉蠟石"的提純順序 ,對人造金剛石微粉進(jìn)行處理 ,最終獲得的產(chǎn)品白度佳、純度高 ,能滿足應(yīng)用要求 。

但是需要注意,高氯酸只有高溫下才能與石墨反應(yīng),常溫下72%高氯酸不足以氧化石墨,甚至不能對石墨進(jìn)行氧化插層形成可膨脹石墨 。

謠言:利用石墨制造人造金剛石吸熱。

駁斥:在三校合編的《無機化學(xué)》(第四版)第236頁第9行左數(shù)第16個字開始,明確提到:據(jù)查,在高壓下石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是放熱的!溫度低反而有利于轉(zhuǎn)化。