金刚石独一无二的特性有什么用途？

金刚石作为一种稀有的贵重物品，自古以来就是财富的重要象征。

在大自然中，金刚石以极少的矿藏量深埋在地底下。偏偏是这种少得出奇的金刚石具有世界万物中独一无二的特性：它是自然界中最硬的一种矿石。金刚石的这一特性，使它具有广泛的社会用途：有人将它镶嵌在金光闪闪的戒指、耳环等首饰中，以象征坚贞不渝的爱情；有人把它制成锋利无比的金刚钻，用来切割钢铁、玻璃等等。

1、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。

2、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。

3、亮度：金刚石因为具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。

4、光泽：金刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。

5、稳定性：金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。

金刚石：绝对硬度10000-2500。极纯净者无色，一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等；纯净者透明，含杂质的半透明或不透明。热膨胀系数极小，随温度上升而增高。比热容随温度上升而增加。还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。

蓝宝石：属于三方晶系，折射率1762-1770，双折射：0008~0010，一轴晶负光性，个别情况下具有异常的二轴晶光性。光泽，亮玻璃光泽至亚金刚光泽。蓝宝石具有二色性，一般有深蓝色/蓝色，蓝色/浅蓝色、蓝绿色、蓝灰色，**蓝宝石有金**/**，橙**/浅**，浅**/无色，等。

烟晶：晶质体，硬度7，烟**、褐色到黑色；是一种固溶胶，属于胶体。外观呈半透明、长长的水晶柱状，顶端颜色较深。有各种大小。

你也许不曾想到，黑色的石墨和亮闪闪的金刚石其实是由同一种元素——碳构成的，只是它们的外表和性质大不相同。

石墨的质地非常软，只要在纸上轻轻一划，就会留下灰黑色的痕迹，铅笔芯就是用石墨制造的。金刚石是所有自然物质中硬度最高的：人们用镶着金刚石的刀来切割玻璃，无不“迎刃而解”；钻探机的钻头上镶着金刚石，能大大加快向地下钻进的速度；金刚石还能用来加工各种硬度较高的金属。

石墨和金刚石都是碳元素构成的，为什么它们的性质相差如此悬殊呢？

原来，石墨中的碳原子是成层排列的，每层原子之间的A合力很小，就像一副叠起来的扑克牌，很容易滑动、散开。而金刚石中的碳原子是整齐排列的立体结构，每个碳原子都紧密地与其他4个碳原子连接，构成一个牢固的结晶体，因而显得特别坚硬。

天然金刚石的产量很少，只有在非常高的温度和巨大的压力之下，地下熔岩里的碳才有可能形成金刚石。由于它产量少、价格贵，人们往往会利用高温高压来合成人造金刚石。

金刚石结构分为等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石。

在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。

钻石的摩氏硬度为10；由于在自然界物质中硬度最高，钻石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。钻石的密度为352g/cm3，折射率为2417，色散率为0044。

扩展资料：

金刚石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体，是指经过琢磨的金刚石。金刚石是无色正八面体晶体，其成分为纯碳，由碳原子以四价键链接，为目前已知自然存在最硬物质。

由于金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，熔点在华氏6900度，金刚石在纯氧中燃点为720~800℃，在空气中为850~1000℃，而且不导电。

-金刚石

(一)金刚石性能

1金刚石的力学性质

(1)硬度高

金刚石是世界上已发现矿物中硬度最高的矿物。它的莫氏硬度为10级,其研磨硬度为刚玉(莫氏硬度9级)的150倍,为石英(莫氏硬度7级)的1000倍,是硬合金的6倍,为碳化硅和碳化硼的2～3倍。

金刚石晶面硬度与其结晶体形态有关,八面体的大于十二面体的,十二面体的大于六面的,而且金刚石的晶体硬度还具有各向异性,八面体不同方向上硬度相差不大,十二面体中平行于晶面棱边的硬度最小,六面体中垂直于晶面棱边的硬度最小,而它们对角线方向上硬度最大。因此,在加工表镶钻头时要注意这种方向性。正确利用金刚石各向异性特性,可提高钻头寿命50%～60%。

(2)抗压强度大

金刚石具有极大的抗静压强度(简称强度)。强度的大小取决于金刚石晶体的形态、晶体的完好程度、杂质的成分和含量、晶体的组织结构等。一般浑圆状的、结构完好的金刚石强度大。天然金刚石的抗压强度高达8600MPa,为刚玉的35倍,硬质合金的15倍,钢的9倍。人造金刚石的强度目前还低于天然金刚石:用于钻探的人造金刚石强度一般要求在2500MPa以上,即60#单晶单颗粒抗压强度在85N以上。

硬度高、强度大是金刚石的独特性能之一。但它的脆性也大,受到冲击载荷易产生裂隙甚至破碎,其动压强度不及静压强度的四分之一。因此,在金刚石钻进中要避免冲破击碰撞,采取有效的减振、防振措施。

(3)耐磨性好

金刚石具有极高的耐磨性。在空气中它与金属的摩擦系数小于01。金刚石的耐磨性是刚玉的90倍,是硬质合金的40～200倍,是钢的2000～5000倍,这就决定了金刚石钻头耐磨的特性。金刚石的耐磨性和硬度一样,也具有各向异性,使用时要注意不同晶面及同一晶面不同方向上的耐磨性是不同的。

2金刚石的物理性质

(1)颜色

纯净的金刚石应是无色透明的。天然金刚石由于含有微量杂质元素,使之呈现出各种颜色。常见的有浅**、浅棕色、浅绿色、玫瑰色和深棕色等。金刚石一般以色浅,透明度高的质量好。

(2)密度

金刚石的密度在327～356g/cm3之间,计算值取352g/cm3,它取决于金刚石晶体、杂质、包裹体、裂隙等。

(3)电磁性

金刚石一般是电的不良导体,但随温度升高,导电率有所增加。但含有少量硼的金刚石(呈天蓝色)其电阻率较低,是良好的半导体材料。

(4)导热性和热膨胀性

金刚石具有良好的导热性,金刚石的导热率是硬质合金的7倍,钻头胎体的5倍,一般岩石的10倍以上。这在钻孔中有足够冲洗液的冲洗条件下,对冷却钻头十分有利。

金刚石的热膨胀性,随温度变化而不同。低温时,热膨胀系数很低,有利于钻头的镶嵌;随着温度升高,热膨胀系数剧增。

3金刚石的化学性质

(1)耐酸碱性

金刚石有很强的耐酸性,常温时不与酸起化学反应,与碱起缓慢作用。因此,可利用强酸来腐蚀废旧钻头,回收金刚石。只有在沸腾温度下,某些强酸(如硝酸、氢氟酸)对金刚石才有明显的腐蚀作用。

(2)亲油疏水性

金刚石是碳的结晶体,是非极性矿物,其表面有很强的亲油疏水性,能吸附一层油膜,而完全不吸水。因此,在钻进中用乳化冲洗液,能起到良好的润滑减阻作用。

(二)金刚石的应用

由于金刚石具有密度大、硬度高、强度大、耐磨耐酸碱性好,因此,在国民经济的各个工程领域、特别是在钻探工程施工中得到了广泛应用。

(1)亮度（Brilliance）金刚石因为具有极高的反射率，其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。

(2)闪烁（Scintillation）金刚石的闪烁就是闪光，即当金刚石或者光源、观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。

(3)色散或出火（Dispersionorfire）金刚石多样的晶面象三棱镜一样，能把通过折射、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色——红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等色光。

(4)光泽（Luster）刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。