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金刚石的晶体结构
金刚石(diamond)

  化学成分为 C、晶体属等轴晶系的一种自然元素矿物。属于六方晶系的六方金刚石,是除石墨外与金刚石成同质多象的另一种矿物。金刚石的晶体结构中,每一个碳原子均被其他四个碳原子围绕,形成四面体配位,任何两相邻碳原子之间的距离均为0.154nm,是典型的共价键晶体(见图)。

  金刚石最常见的晶形是八面体和菱形十二面体,其次是立方体和前两种单形的聚形,晶面常成凸曲面而使晶体趋近于球形;双晶常见;但一般以粒状产出。由放射状或微晶状集合体形成的粗糙圆球形的金刚石称为圆粒金刚石。

  金刚石无色、透明或微带蓝、黄、褐、灰、黑等色。灰或黑色的圆粒金刚石称为黑金刚石。有些金刚石已可通过人工方法使之改色。标准金刚光泽。折射率高达2.40~2.48。具强色散性。在X射线照射下发蓝绿色荧光,这一特性被用于选矿。八面体解理中等。质量最好的金刚石比重可达 3.53,而黑金刚石仅为 3.15。摩斯硬度10,是已知物质中硬度最高的。具半导体性。金刚石加热到1000℃时,可缓慢转变为石墨。

  金刚石按所含杂质和某些物理性质特点分Ⅰ型和Ⅱ型两种。前者含氮的混入物,导热性较差,对波长小于300nm的紫外线不透明,对可见光的吸收也较强,在紫外线照射下发淡紫色磷光。自然界产出者多属此型。Ⅱ型不含氮,导热性极强,室温下的导热率约为铜的5倍,对紫外线透明,对可见光的吸收较低,在紫外光照射下不发光。

  金刚石自古就是最名贵的宝石,以透明、无瑕疵、无色或微蓝为上品。其加工成品称为钻石。除少量宝石级晶体外,金刚石主要用作精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模、散热片、高温半导体和红外光谱仪部件等。

  金刚石主要产于金伯利岩或钾镁煌斑岩(金云火山岩lamproite)的岩筒或岩脉中;也产于冲积成因的砂矿中,砂矿金刚石约占世界产量的90%。世界最著名的金刚石产地为南非金伯利 (Kinberley)地区、扎伊尔、澳大利亚西部、俄罗斯雅库特、美国阿拉斯加和巴西米纳斯吉拉斯等地。中国辽宁、山东、湖南和贵州等地均有发现。1977年在山东省临沭县岌山乡常林发现中国最大的一颗金刚石,重 158.786克拉,命名为“常林钻石”。世界上最大金刚石产于巴西卡帕达迪亚,重3148克拉,属工业用金刚石。最大的宝石级金刚石为重3106克拉、大小为10×6.5×5厘米的“库利南”(Cullinan),1905年发现于南非的普列米尔,后加工成9颗大钻石和96颗小钻石,其中最大的一颗称为非洲之星,重530.2克拉,镶在英王的权杖上。1955年2月15日,美国以石墨为原料,在2750℃和约1010帕的温、压条件下首次合成了金刚石。人造金刚石生产已很普遍,产量早已超过天然金刚石,唯粒度一般均较小。1970年美国已能合成重 1克拉以上的宝石级单晶体。(见彩图)

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