金刚石的成因是什么？

金刚石是作为一种极为珍贵的修饰材料，被广泛应用于装饰品的制作上，如我们通常所见的钻石戒指、钻石项链等。其价格极为昂贵。由于金刚石被精心琢磨后，可以从多个角度反射光线而显得十分璀璨夺目，因而在首饰品中格外受到青睐。然而金刚石的硬度极高，一颗金刚石从原质而打磨成一个名贵的钻石，需要相当长的时间。也正是由于金刚石这种极高的硬度，在工业上被广泛地应用于一些坚硬物质的切割上，以及磨损程度较高或温度较高的部位、部件。

金刚石的化学成分为碳（Ｃ）等轴晶系，多呈八面体晶形。而与金刚石同为一族的石墨却是截然相反的，石墨的硬度为１，而金刚石的硬度则为１０，金刚石坚硬无比，而石墨却只能作为工业上的润滑剂。那么，为什么金刚石会有如此坚硬的个性呢？这是因为金刚石虽然也是由碳元素构成的，但是其碳原子之间的结构极为紧密，各个原子作用力均相等，因而很难使其之间的化学键断裂。这种极为稳定的晶体结构，在化学界是极为少见的，因此说金刚石是化学界的骄子。

人们所获得的金刚石大多数都是天然的。关于金刚石是如何形成的，历来都存在着不同的看法和见解。有人认为是腐殖土和淤泥形成的，并且与炎热的气候有关；也有人认为，金刚石是由腐烂的沼泽在雷电的作用下形成的。在１９８２年召开的一次关于金刚石的国际会议上，有人提出金刚石是由地球深处的压力和温度较高而形成的，并且提出在陨石撞击地球的一瞬间也可以形成金刚石。尽管这种陨石学说也得到了证实，但是人们在陨石中发现的只是一些体积微小的金刚石颗粒，对于较大体积金刚石的成因无法解释，因而人们主要倾向于地球深处形成说。根据压力和温度的推算，金刚石的形成应在距地表１００公里左右的地下。

在人们发现了金刚石的优良特点及可能形成的原因后，科学家们便根据金刚石可能的形成条件进行了实验。这种仿照自然条件通常需要一个９００－１３００℃的高温及５－１０万个大气压的压力环境。功夫不负有心人，早在二十几年前，科学家们就成功地在实验室中合成了金刚石，尽管合成的只是一些微小的颗粒，但这足以证明人工合成金刚石是有可能的。到了８０年代，科学家已不用在超高压的条件下合成了，他们采用的新方法，是在常压下或低于一个大气压的低压下也能成功地合成金刚石，这对于人类是一个极为重大的贡献。

金刚石（diamond），俗称“金刚钻”，它是一种由碳元素组成的矿物，是石墨的同素异形体，化学式为C，也是常见的钻石的原身。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具，也是一种贵重宝石。

物理性质

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55、铜币约为35至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

由于硬度最高,金刚石的切削和加工必须使用金刚石粉或激光（比如532nm或者1064nm波长激光）来进行。金刚石的密度为352g/cm3，折射率为2417（在500纳米光波下），色散率为0044。

颜色

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。许多金刚石带些**，这主要是由于金刚石中含有杂质。 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。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。金伯利岩等是它们的母岩，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。

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。

金刚石主要分：天然、人造！

天然金刚石就是我们说的钻石、它也是石头的一种、专业采矿的会有时候碰到。

它出自大自然的确没错！

人造金刚石就是我们自己生产出来的、

他的用途现在在我们生活上还没有普及、现在只要用与开采、打磨之类的！

这类金刚石你可以去市场上买、价格不是很贵！

目前我国金刚石主要产地有三个:

辽宁瓦房店,山东蒙阴—临沭,

湖南沅水流域都是金伯利岩型,但湖南尚未找到原生矿

其中辽宁的质量好,山东的个头较大 

目前我国现存发现的最大钻石为常林钻石，于1977年2月21日发现于山东，

由常林大队魏振芳发现，故而得名“常林钻石”，现藏银行国库中。

常林钻石重157786克拉，呈八面体，质地洁净、透明，淡**。  

应该是山东吧!主要就是山东出产的比较多

金刚石： 疏水性：金刚石对水不润湿，然而容易粘油。这种疏水亲油的特征是由金刚石的 sp 3 杂化的非极性键的本质决定的。这一特性不仅提示人们可以使用油脂去提取金刚石，而且在制造金刚石磨具时，宜选用亲油基团的有机物作为金刚石的润湿剂。 常温下的化学稳定性：在常温下，金刚石对一切酸碱盐等化学试剂都表现出很强的惰性，王水也不会与它发生化学变化。在加热情况下（ 1000 ℃以下），仅有个别氧化剂与之反应。利用金刚石的化学稳定性，可以用酸碱来提纯金刚石。 热稳定性：金刚石在纯氧中 600 ℃就开始失去光泽，出现黑色表皮， 700 ～ 800 ℃开始燃烧，生成二氧化碳。人造金刚石在空气中开始氧化的温度是 740 ～ 840 ℃，有的产品在 600 ℃就开始氧化。金刚石在空气中开始燃烧的温度大约在 850 ～ 1000 ℃。金刚石的热稳定性与晶体的完整程度以及杂质的含量有关。 金刚石的石墨化现象：在真空或者惰性气氛中，当加热到某一高温时，金刚石就会发生石墨化现象，即发生向石墨的转变。 1500 ℃的时候能检验出表面开始石墨化，随着温度的升高，石墨化速度加快，并且在 1700 ℃左右开始整个晶体迅速石墨化。在 2100 ℃时，一颗 01 克拉（ 1 克拉＝ 02 克）的八面体钻石在 3 分钟内全部化为灰烬。当存在哪怕少量氧气时，石墨化在较低温度下就开始了。过渡金属的存在会加速金刚石的石墨化过程。 与过渡金属的化学作用：一些过渡金属能够与金刚石起化学作用，促使金刚石发生解体。这些金属分为两类：一类是周期表中的Ⅶ B 族和Ⅷ族的元素，如铁、钴、镍、锰以及铂系金属，这些元素在熔融状态下是碳的溶剂，在磨削高温下会使金刚石产生溶剂化现象；另一类是容易生成稳定碳化物的金属，其中包括Ⅳ B 、Ⅴ B 、Ⅵ B 族，例如钨、钒、钛等，这些元素易于和金刚石发生结合，生成相应的稳定碳化物。金刚石与过渡金属的作用是用它加工这些材料时发生粘刀现象的本质，从而也决定了金刚石工具、磨具的使用范围。 石墨： 石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构，见图1—1。每一网层间的距离为340人，同一网层中碳原子的间距为1．42A。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。 石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1．9～2．3。在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。 自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。 石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。工业上，根据结晶形态不同，将天然石墨分为三类。 1．致密结晶状石墨 致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0．1毫米。晶体排列杂乱无章，呈致密块状构造。这 种：石墨的特点是品位很高，一般含碳量为60～ 65％，有时达80～98％，但其可塑性和滑腻性不 如鳞片石墨好。 2．鳞片石墨 石墨晶体呈鳞片状；这是在高强度的压力下变质 而成的，有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特 点是品位不高，一般在2～3％，或100～25％之 间。是自然界中可浮性最好的矿石之一，经过多磨多 选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、 可塑性均比其他类型石墨优越；因此它的工业价值最 大。 3．隐晶质石墨 隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨，这种石墨的晶体直径一般小于1微米，是微晶石墨的集合体，只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状，缺乏光泽，润滑性也差。品位较高。一般的60～80％。少数高达90％以上。矿石可选性较差。 石墨由于其特殊结构，而具有如下特殊性质： 1） 耐高温型：石墨的熔点为3850±50℃，沸点为4250℃，即使经超高温电弧灼烧，重量的损失很小，热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强，在2000℃时，石墨强度提高一倍。 2） 导电、导热性：石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低，甚至在极高的温度下，石墨成绝热体。 3） 润滑性：石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。 4） 化学稳定性：石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5） 可塑性：石墨的韧性好，可年成很薄的薄片。 6） 抗热震性：石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。 C60 C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。 C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。其相对分子质量约为720。 处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用sp杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子的三个σ键不是共平面的，键角约为108°或120°，因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。