金刚石（Diamond）

化学组成C。其微量元素N和B是金刚石分类的主要依据：N含量大于0001%者为Ⅰ型，小于0001%者为Ⅱ型；Ⅰ型金刚石按N的赋存状态分为Ⅰa型（N原子沿｛100｝聚集成片状分布）和Ⅰb型（N原子置换C原子并出现一个未配对电子旋转于C—N键之间）；Ⅱ型金刚石按是否含B分为Ⅱa型（不含B）和Ⅱb型（含B）；N分布不均匀时构成混合型。约98%的天然金刚石属Ⅰa型。红外光谱是鉴别金刚石类型的主要方法。

晶体结构等轴晶系；金刚石型结构（图15-13）；空间群 Fd3m；a0=0356nm；Z=8。

图15-13 金刚石型结构

碳原子分布于立方晶胞的8个角顶、6个面心和晶胞所分8个小立方体的4个相间的小立方体中心；碳原子以共价键与周围的另外4个碳原子相连，键角109°28′16″，形成四面体配位；平行｛111｝面网密度大，间距也大

图15-14 金刚石晶体

o—八面体；d—菱形十二面体；a—立方体

形态对称型m3m；多呈浑圆状八面体和菱形十二面体单晶，可见八面体、菱形十二面体与立方体、四六面体成聚形（图15-14）。

物理性质无色透明，常因含微量元素而呈不同色调：含Cr呈天蓝色，含Al呈**，还可有褐、灰、白、绿、红、紫等色调，含石墨包裹体者呈黑色；晶面金刚石光泽，断口油脂光泽；经日光暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。解理｛111｝中等、｛110｝不完全。硬度10（显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍），八面体晶面的硬度＞菱形十二面体晶面的硬度＞立方体晶面的硬度。相对密度352。性脆，抗磨性强。不导电。导热性好，室温下其热导率是铜的5倍。熔点高达4000℃，空气中燃烧温度为850～1000℃。疏水而亲油。

成因产状产于金伯利岩、钾镁煌斑岩及榴辉岩中，为高温高压产物。著名产地有南非、扎伊尔、前苏联雅库特等。我国有山东、辽宁、贵州等地。

鉴定特征浑圆粒状，金刚光泽，硬度10，暴晒后置暗室发淡青蓝色磷光。

主要用途金刚石的用途十分广泛：利用宝石级金刚石光彩诱人的色泽和极高的硬度琢磨成“钻石”；利用其高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头；利用其高导热性制作微波器和激光器的散热片；利用其优良的红外线穿透性制造卫星和高功率激光器的红外窗口；利用其半导体性能制作整流器、三极管，等等。

思考题及习题

1）以自然金或自然铂为例，说明自然金属元素矿物的晶体化学特征与其形态、物性的关系。

2）为什么金刚石和石墨同为单质碳的矿物，但形态、物性截然不同？

3）从石墨的结构特点解释其物性。

4）试举几种混晶矿物并分析其组成元素的占位特点。

5）自然元素这一大类中，哪些矿物能在河流沉积物中保存并富集？它们各自有什么特点？

6）强金属钾、钠等为何不易形成自然元素矿物？

不会碎

硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。

1布氏硬度（HB）

以一定的载荷(一般3000kg)把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值(HB)，单位为公斤力/mm2 (N/mm2)。

2洛氏硬度（HR）

当HB>450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个顶角120°的金刚石圆锥体或直径为159、318mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示： HRA：是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。

HRB：是采用100kg载荷和直径158mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。

HRC：是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。

3 维氏硬度（HV）

以120kg以内的载荷和顶角为136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值(HV)。

从上述材料看，上述硬度是针对于金属的，能不能用于非金属呢？存在疑问，应该是不能的。

摩氏硬度是针对于各种不同的矿物的。

奥国矿物学家摩氏(Frederich Mohs)创立一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。最软者为滑石，最硬者为金刚石，共有十种矿物，定为十级，分别为：

滑石(Talc) 1

石膏(Gypsum) 2

指甲 25

方解石(Calcite)3

铜币 35-4

萤石(Fluorite) 4

磷灰石(Apatite) 5

钢刀 55

玻璃 55 -6

正长石(Orthoclase) 6

钢锉 65

石英(Quartz) 7

黄玉(Topaz) 8

刚玉(Corundum) 9

金刚石(Diamond) 10

摩氏硬度表中所刊载的数字，并没有比例上的关系。例如正长石硬度6，并不表示他是方解石硬度的两倍，数字的大小仅表明硬度排行而已。当鉴定硬度时, 如果没有以上的摩氏硬度计, 可用其他东西代替,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。

从摩氏硬度表可以知道，相对硬度最大的是金刚石，而且刚玉的硬度大于钢和铁

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。

没听说过有比金刚石硬的东西(知识面太窄了)

钻石（Diamond），矿物名称为金刚石，是公认的宝石之王。其最大特点是硬度最高并且具有很强的折射率，在光线下光芒四射，耀眼夺目。但其表面与玻璃，水晶及人工钻石相似，较难辩别。准确的鉴别只有靠仪器测量，而简易鉴别可采用以下几种方法：

九钻钻石

1、硬度检验

钻石是已知最硬的自然生成物质，没有什么东西可在钻石上划上痕迹，若能划上痕迹的则绝非钻石。

2、导热性试验

在待辩钻石和其它相似物品上同时呼一口气，若是钻石则其表面凝聚的水雾应比其它物品上的水雾蒸发得快，这是因为钻石具有高导热性的原因。

3、观察反射光

用放大镜可观察到钻石的腰围处呈现一种很细的磨砂状并有亮晶晶的反射光。钻石的这种特征是独一无二的。

4、看生长点

在放大镜下观察，真品钻石的晶面上常有沟纹和三角形生长点，而赝品有三类：

①加了氧化铝的普通玻璃，因折射率和色散提高，容易误入，但硬度低。

②用化学合成的蓝宝石和无色尖晶石仿制，硬度接近，但折射率低并有双折射现象，在放大镜下可见重影。

珂兰钻石

5、同类化学成分测验

铅笔的化学成分是碳和钻石一样,只是物理结构不一样,所以很多人用铅笔去检测钻石的真伪,属于一种比较实用有效的方法,在鉴定的时候，要先把钻石用水湿润，然后再用铅笔轻轻的刻划，在真钻石的晶面上，铅笔划过的地方，是不留痕迹的，而如果不是钻石，而是玻璃、水晶等材料，就会在表面上留下痕迹,一般情况下，用铅笔刻划来鉴别钻石的真假，这种方法的准确性是较高的。

6:人造氧化锆仿制，硬度较高，折射好，但在转动时会反射较多的彩光，与真品在转动时只反射出微弱的黄、蓝色彩光相比，有明显的差别。

钻石在天然矿物中的硬度最高，其脆性也相当高，用力碰撞就会碎裂。

钻石其实是一种密度相当高的碳结晶体。

钻石的化学成分是碳，这在宝石中是唯一由单一元素组成的，属等轴晶系。

常含有005%-02%的杂质元素，其中最重要的是N和B，他们的存在关系到钻石的类型和性质。晶体形态多呈八面体、菱形十二面体、四面体及它们的聚形。

钻石的产地分布：

世界各地均有钻石产出，已有30多个国家拥有钻石资源，年产量一亿克拉左右。产量前五位的国家是澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯、南非。

这五个国家的钻石产量占全世界钻石产量的90%左右。其它产钻石的国家有刚果（金）、巴西、圭亚那、委内瑞拉、安哥拉、中非、加纳、几内亚、象牙海岸、利比利亚、纳米比亚、塞拉利昂、坦桑尼亚、津巴布韦、印度尼西亚、印度、中国、加拿大等。

世界主要的钻石切磨中心有：比利时安特卫普，以色列特拉维夫，美国纽约，印度孟买，泰国曼谷。安特卫普有＂世界钻石之都＂的美誉，全世界钻石交易有一半左右在这里完成，“安特卫普切工”便是完美切工的代名词。