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金刚石 (纯碳组成的矿物)

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是自然界由单质元素组成的粒子物质,是碳同素异形体(金刚石,石墨烯,富勒烯,碳纳米管,蓝丝黛尔石等)。金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质,同时金刚石不是只有在地球才有产出,现发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品和工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石,也是贵重宝石。中国也拥有制造金刚石的技术 。需要注意,石墨与金刚石物理性质完全不同。

中文名
金刚石
英文名
diamond
别????称
金刚钻
化学式
C
分子量
12.0107(8)
熔????点
3550℃-4000℃
水溶性
不溶
密????度
3470-3560kg/m3
外????观
等轴晶系四面六面体立方体与六方晶系钻石
应????用
观赏,地质钻头,切割玻璃,
安全性描述
安全
绝对硬度
10000-2500

1简介与天然特质

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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,也可以是纳米金刚石。许多金刚石带些黄色,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和二氧化碳气体。

钻石钻石

金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量,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。在阴极射线、X射线和紫外线下,会发出不同的绿色、天蓝、紫色、黄绿色等色的荧光。在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光。金刚光泽,少数油脂或金属光泽,高折射率,一般为2.40-2.48。

金刚石金刚石

原生金刚石是在地下深外处(130--180Km)高温(900--1300℃)高压(45--60)&215。108Pa下结晶而成的,它们主要储存在金伯利岩或钾镁煌斑岩中,其形成年代相当久远。金伯利岩型钻石产地,如南非金伯利矿,约形成于距今33亿年前,这个年龄几乎与地球同岁。而钾镁煌斑岩型的钻石产地,如澳大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿,虽说年轻,也分别已有15.8亿年和9.9亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日,得有助于火山喷发,熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处,或长途迁徙沉淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿,后者形成的则为冲积矿。还有一种金刚石是在外太空产出的,太空撞击‘纳米金刚石’,它同样也是纯的单一的碳单质的特性。

金刚石金刚石

引用亚洲宝石协会(GIG)报告:金刚石的化学成分为C,与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中,总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素;并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素,以及碳水化合物。

金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心,具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结,距离为154pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。

金刚石的绝对硬度是刚玉的4倍,石英的8倍。

矿物性脆,贝壳状或参差状断口,在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开,具有平行八面体的中等或完全解理,平行十二面体的不完全解理。矿物质纯,密度一般为3 470-3560kg/m3。

开采加工

金刚石矿体历经艰辛开采后,还需经过多道处理遴选,才可从中获得毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯,而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过,要得到1ct重的钻石,起码要开采处理250吨矿石,采获率是相当低的;如果想从成品钻中挑选出美钻,那两者的比率更是十分悬殊的了。

2特征

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热导率

金刚石的热导率一般为2000w/(m·k),其中Ⅱa型金刚石热导率极高,在液氮温度下为铜的25倍,并随温度的升高而急剧下降,如在室温时为铜的5倍;比热容随温度上升而增加,如在-106℃时为399.84J/(kg·k),107℃时为472.27J/(kg·k);热膨胀系数极小,随温度上升而增高,如在-38.8℃时为0,0℃时为5.6×10-7;在纯氧中燃点为720~800℃,在空气中为850-1 000℃,在绝氧下2 000-3 000℃转变为石墨。金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。

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O2、CO、CO2、H2、Cl2、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。

根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异,可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类,并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石,特别是Ⅰa亚型,为常见的普通金刚石,约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮,具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见,含极少或几乎不含氮,具有良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。由于Ⅱ型金刚石的性能优异,因此多用于空间技术和尖端工业。

世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石都超过3100克拉(1克拉=200毫克)。其中宝石级金刚石的尺寸为10×6.5×5厘米,名叫“库利南”,1905年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石,重158.786克拉,于1977年被山东临沭县常林大队女社员魏振芳发现,后列为世界名钻。世界金刚石主要产地有南非、澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。

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5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。

等级1滑石

等级2石膏

等级3方解石

等级4萤石

等级5磷灰石

等级6正长石

等级7石英

等级8黄玉

等级9刚玉

等级10钻石

把任何两种不同的矿物互相刻划,两者中必定会有一种受到损伤。有一种矿物,能够划伤其他一切矿物,却没有一种矿物能够划伤它,这就是金刚石。

直到18世纪后半叶,科学家才搞清楚了构成金刚石的“材料”。如前所述,早在公元1世纪的文献中就有了关于金刚石的记载,然而,在其后的1600多年中,人们始终不知道金刚石的成分是什么。

直到18世纪的70至90年代,才有法国化学家拉瓦锡(1743~1794)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验,结果发现得到的是二氧化碳气体,即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于,这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。

知道了金刚石的成分是碳,仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如,制造铅笔芯的材料是石墨,成分也是碳,然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同?

这个问题,是在1913年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石,研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现,在金刚石晶体内部,每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合,形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且,这种致密的结构,使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克,大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构,使得金刚石具有最大的硬度。换句话说,金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。

结构性质

金刚石(其中纯净的叫钻石)的化学式C----4个C(碳原子),空间结构为稳定的正四面体交替链接而成.金刚石是原子晶体,一块金刚石是一个巨分子,N个C的聚合体。只能用它的元素符号加注释来表示[C(金刚石)].

“常林钻石”“常林钻石”

钻石就是我们常说的金刚石 ,它是一种由碳元素组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质,因此也就具有了许多重要的工业用途,如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。还被作为很多精密仪器的部件。金刚石与石墨同属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能,素有“硬度之王”和宝石之王的美称,金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。20世纪50年代,美国以石墨为原料,在高温高压下成功制造出人造金刚石。人造金刚石已经广泛用于生产和生活中,虽然造出大颗粒的金刚石还很困难(所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城),但是已经可以制成了金刚石薄膜。

六方金刚石的存在六方金刚石的存在

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。在工业上,钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具,形状完整的还用于制造手饰等高档装饰品,其价格十分昂贵。也有一种‘金刚石’是SP6杂化的键键合,被称为‘六方金刚石’(蓝丝黛尔石),现以阐明在自然界存在。

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3.52g/cm,折射率为2.417,色散率为0.044。

光学性质

(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。

金刚石金刚石

(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(Dispersion or fire)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。

3分类

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一般分类

金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体,是自然界最硬的矿物。其名称来源于希腊文“Adamas”,意为无法征服的。金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产,在国民经济中具有重要的作用。金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石,质差粒细用于工业的称工业用金刚石。

出土的大金刚石出土的大金刚石

宝石级金刚石,又称钻石,光泽灿烂,晶莹剔透,被誉为“宝石之王”,价值昂贵,是世界公认的第一货品,其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石),以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。

金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。Ⅱ型金刚石比较罕见,仅占金刚石总量的1%~2%。Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等,多用于空间技术和尖端工业。具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品,如重3 106ct(Carat,克拉)世界著名的“库利南”钻石,即属此类。

矿物学分类

1类。晶体具有八面体形态,晶面平整均匀,或者带有台阶状发育特征,但生长平面都是(111)面,很少观察到理想的(100)平面;晶体是透明的,它们没有带状结构,大多数为无色,但常见淡黄色;氮以单位原子形态类质同晶地取代碳,具有顺磁性,以及产生及收光谱N3系的中心,特别是它决定了晶体的黄色及蓝色发光作用。

2类。基本形态为立方体;晶体是透明的,没有现带状结构;顺磁中心的单原子态氮杂质含量比较高,这些中心均匀地分布在整个晶体中间,常常显示黄色及橙黄色的光致发光。

3类。金刚石中有立方形和少数聚形晶体,其特征是形成平面的和不规则的连生体,以及服从从尖晶石律的穿插双晶体;晶体半透明,无色或者在不同程度上的灰色的,或者几乎是黑色的不透明金刚石,内部结构复杂,中心有无色透明区带,在外部有显微包裹体;第三类晶体都是I型金刚石,富集氮杂质,在红外吸光谱中看到了附加谱带。

4类。被称为有壳的金刚石,因为晶体的外层一般是混浊的乳白色,浅灰色或不同程度染有黄色或绿色,而内核通常是透明的晶体,具有第一类晶体的同样特点,在带色的外层里常有含量较高的顺磁态氮杂质。

5类。是深色或完全黑色的金刚石,其颜色决定于晶体外层中大量的同生石墨包裹体,晶体的中间部分是透明无色的。

6类。具有放射状条纹结构的球粒金刚石,称为巴拉斯,是金刚石中稀有的结晶形态,一般为完全规则的球形,但也有滴状或梨形,大多数表面有特殊花纹,巴拉斯有无色的,浅灰色的及完全黑色的,其中也有些乳白色,蛋白色的。

7类。半透明金刚石晶体的连生体,晶体本身通常是浅黄,有裂纹及石墨包裹体等缺陷而成半透明,组成这些连生体的晶体生长形态是八面体。

8类。属博特类,是大量晶面较好,尺寸大体相同的小晶体的集合体。连生体总的形状是椭圆形或球形,很像小晶体的闭块晶簇。组成连生体的各单体生长形态为八面体,常常有台阶状晶面结构,这造成了假菱形十二面体的发育。

9类。亦属博特类。这类全晶粒质金刚石连生体为不规则的块状,组成它们的颗粒很易区分,没有规整的晶形,集合体不透明,呈深灰及全黑,有时是不均匀的粒状结构。

10类。属卡邦纳多类,是隐晶或微晶体,具有不规则的块状或碎块状,一般的棱角多多少少是浑圆形,无粘结物,不透明具有各种颜色,通常,卡邦纳多表面颜色更重要些,有时外部它们完全是暗色的,而内部是浅色的。

常见种类

金刚石和石墨不是同种物质,它们是由相同元素构成的同素异型体。 所不同的是物理结构特征。二者的化学式都是C。

石墨原子间构成正六边形是平面结构,呈片状;金刚石原子间是立体的正四面体结构。

金刚石的熔点是3550℃,石墨的熔点是3652℃~3697℃(升华)。石墨熔点高于金刚石。

从片层内部来看,石墨是原子晶体;从片层之间来看,石墨是分子晶体(总体说来,石墨应该是混合型晶体);而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,似乎不可思议,但石墨晶体片层内共价键的键长是1.42×10-10m,金刚石晶体内共价键的键长是1.55×10-10m。同为共价键,键长越小,键能越大,键越牢固,破坏它也就越难,也就需要提供更多的能量,故而熔点应该更高。 (主要就是石墨的原子晶体属性导致它的熔点变高)

人工合成金刚石的方法主要有两种,高温高压法及化学气相沉积法。

高温高压法技术已非常成熟,并形成产业。国内产量极高,为世界之最。

化学气相沉积法仍主要存在于实验室中。

二氧化碳逆转变成金刚石: 国内一家单位曾宣称在440度的低温下即可实现这一转变,然而相关论文一经发表即遭到他国相关领域专家的强烈质疑,而且论文存在一稿多投的现象,文中数据也有严重不妥。虽然相关人员在相关学术刊物中进行了答疑,此科研成果还是被质疑是国内科研造假又一案例。但是最终不了了之。

纳米材料的出现引起世界各国物理学家、化学家、材料学家及工程界、产业界广泛注意的新材料。本文对纳米材料的通性、金刚石的基本性质、纳米金刚石的性质与应用前景、烧结型纳米PCD的聚结机理及性质进行阐述,提示了纳米金刚石聚晶具有金刚石的纳米材料的双重特性,提出了制造纳米金刚石聚晶的可能性。

纳米材料,具的1—100nm的纳米尺寸结构,正是由于这种结构,使得它具有单个分子和体相材料之间的特殊性。这些年来,人们对纳米材料的研究已经渗透到许多研究领域。由于其所具有的特殊结构和性质以及广阔的应用前景越来越受到人们的广泛关注。纳米结构材料的研究已成为跨世纪材料学的研究热点,这种材料被誉为:“21世纪最有前途的功能材料”。

纳米材料的性质——纳米物质之所以表现出这些奇异的性能,主要是由于物质进入纳米尺度后表现出了一些宏观物质不具备或在宏观物质中可忽略的物理效应。根据人们对纳米颗粒的研究,这些效应主要有表面效应,量子尺寸效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应等。

4开发历史

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美丽的东西必难求,就像钻石总是与毒蛇共生一样。听听古罗马的著名哲学家普林尼(Pliny)给您带来的钻石之谷的故事。

相传公元前350年,马其顿国王亚历山大(Alexandera)东征印度,在一个深坑中发现有钻石,但深坑内有许多毒蛇守护着,这些毒蛇可以在数丈远的地方就使人毙命。亚历山大命令士兵用镜子折光(聚光),将毒蛇烧死,然后把羊肉扔进坑内,坑中的钻石就粘在羊肉上面,羊肉引来了秃鹰,秃鹰连羊肉带钻石吃进腹内飞走后,士兵跟踪追杀秃鹰得到了钻石。从此传说毒蛇是金刚石的守护神。

毒蛇真是上帝派来守护金刚石的吗?与蛇共舞,其实靠的还是金刚石的独特魅力,这就是金刚石特有的荧光现象。金刚石受X光或者紫外线的照射后会发光,特别是在黑暗的地方或夜里会发出蓝、青、绿、黄等颜色的荧光。我国古时候称有这种特性的金刚石为“夜明珠”。印度木夫梯里附近深谷中的金刚石,白天受到太阳紫外线照射后,夜里会发出淡青色的荧光。这些荧光吸引了许多有趋光性的昆虫飞来,昆虫又引来大量的青蛙,青蛙又招来许多毒蛇。环环相扣,这就是有金刚石的深谷中多毒蛇的原因。

直到19世纪中叶,人们还把金刚石视为一种神奇的石头。在已知的全部大约4200种矿物中,金刚石为什么会最坚硬?金刚石是在何地、如何产生出来的?所有这些,当时的人们还都全然不知。

人类同金刚石打交道有悠久的历史。早在公元1世纪,当时罗马的文献中就有了关于金刚石的记载。那时,罗马人还没有把金刚石当做装饰用的宝石,只是利用它们无比的硬度,当做雕琢工具使用。

后来,随着技术的进步,金刚石才被当作宝石用于饰品,而且价格越来越昂贵。到了15世纪,在欧洲的一些城市,如巴黎、伦敦和安特卫普(比利时北部城市)等,已经能够看到一些匠人利用金刚石的粉末来研磨大块金刚石,对金刚石进行加工。

金刚石作为宝石越来越昂贵,然而,对金刚石的科学研究却相对比较迟缓。一个重要原因就是,长期以来始终未能发现储藏有金刚石的“矿山”,已经发现的金刚石全都是在印度和巴西等地的河沙及碎石中靠运气采集到的,数量极少,十分稀罕。特别是高品质的金刚石,极其昂贵,只有王公贵族才享用得起。对如此昂贵的金刚石进行研究,在那样一种情况下,几乎是不可能的。

进入19世纪,情况才有了变化。1866年,住在南非一家农场的一位叫做伊拉兹马斯·雅可比的少年在奥兰治河滩上玩耍,无意中捡到一块重达21.25克拉(4.25克。克拉,宝石的重量单位,1克拉=0.2克)的金刚石原石。那粒金刚石立即被英国的殖民总督送到巴黎的万国博览会(1867~1868)上展览,并取名为“尤瑞卡”(希腊语,意思是“我找到了”)。

听到在南非发现金刚石的消息,一时间有成千上万的探矿者赶到奥兰治河,形成了一股寻找金刚石的狂潮。其中有一对姓伯纳特的兄弟,不久就非常幸运地在金伯利附近发现了一座金刚石矿。

发现金刚石矿意义十分重大,通过研究矿山的地质结构,便有可能知道在哪些地点有可能形成金刚石。

开发简史

人类对金刚石的认识和开发具有悠久的历史。早在公元前3世纪古印度就发现了金刚石。自公元纪年起至今,钻石一直是国家与王宫贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。

世界金刚石矿产资源不丰富,1996年世界探明金刚石储量基础仅19亿吨,远不能满足宝石与工业消费的需要。

20世纪60年代以来,人工合成金刚石技术兴起,至90年代日臻完善,人造金刚石几乎已完全取代工业用天然金刚石,其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上(在中国已达99%以上)。

金刚石主要生产国为澳大利亚、俄罗斯、南非、博茨瓦纳和扎伊尔等。世界钻石的经销主要由迪比尔斯中央销售组织控制。

中国发现金刚石约在200-300年前,在明清朝之际(约17世纪),湖南省农民在河砂中淘到过金刚石。金刚石的地质勘查工作始于20世纪50年代。迄今,在中国发现的重量大于90 ct的著名金刚石有6颗,如重约158 ct的“常林钻石”等。中国金刚石矿产资源比较贫乏,通过近50年的地质工作,仅在辽宁、山东、湖南和江苏4省探明了储量。截至1996年底,中国保有金刚石储量2 089.78万ct,在世界上不占重要地位。在质量上,中国辽宁省所产金刚石质地优良,宝石级金刚石产量约占总产量的70%。20世纪90年代以来,中国年产金刚石约10~15万ct,远不能满足本国消费的需要。国家所需工业用金刚石99%以上依赖国产人造金刚石,1997年中国人造金刚石产量达4.4亿ct,天然工业用金刚石所占消费比重极为有限。

金刚石砂轮金刚石砂轮

金刚石矿石有岩浆岩和冲积矿两类。已知含金刚石的母岩有金伯利岩、钾镁煌斑岩和榴辉岩3种,其中金伯利岩型和钾镁煌斑岩型具有工业意义。

据英国《每日镜报》2020-02-26报道,俄罗斯克里姆林宫宣称,西伯利亚地区发现的一处小行星碰撞形成的弹坑中蕴藏丰富钻石资源,储存量之大可持续开发长达3000年。这个弹坑名为波皮盖坑,直径约合100公里,里面蕴藏的钻石达数万亿克拉,超过全世界现有的钻石储量。据介绍,波皮盖坑之所以这么多年来一直没得到开发,是因为苏联时代人们把更多精力耗费在了打造人造宝石上。钻石专家根纳迪·尼基汀指出,“这些钻石储量之大让人震惊,对它们的开发会给钻石市价带来什么样的影响,目前尚不清楚。”根纳迪补充说 ,与制造珠宝首饰相比,这些钻石的价值将更多的体现在工业用途中。

5用途

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工业用途

地质钻头和石油钻头金刚石、拉丝模用金刚石、磨料用金刚石、修整器用金刚石、玻璃刀用金刚石、硬度计压头用金刚石、工艺品用金刚石。

若涂在音响纸盆上,音箱音质会大为改善。

慢性毒药

文艺复兴时期,用金刚石粉末制成的慢性毒药曾流行在意大利豪门之间。当人服食下金刚石粉末后,金刚石粉末会粘在胃壁上,在长期的摩擦中,会让人得胃溃疡,不及时治疗会死于胃出血,是种难以让人提防的慢性毒剂。

观赏宝石

钻石由于折射率高,在灯光下显得闪闪生辉,成为女士最爱的宝石。巨型的美钻可以价值连城。而掺有深颜色的钻石的价钱更高。目前最昂贵的有色钻石,要数带有微蓝的水蓝钻石。

金刚石锯片金刚石锯片

钻石分为一型和二型两种,这主要是根据它是否含有N元素:一型含,主要呈白色到淡黄色;二型不含。而蓝色的钻石是二B型的,是半导体。

6鉴别

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在社会对珠宝钻石需求增加的情况下,人造钻石和其它冒充钻石不断充扩市场,甚至有些珠宝经营者也分不清楚。下面介绍几种简单鉴别钻石真伪的方法。

单折光性

钻石的单折光性,是由于钻石的本质特性决定的。而其它天然宝石或人造宝石大都是双折光性的。冒充的钻石在10倍放大镜观察下,从正面稍斜的角度看,很容易看出棱角线出现重叠影像,并同时呈现出两个底光。双折射率差别小的如锆石等,也可看出底光重叠的影像。

吸附性

钻石对油脂及污垢有一定的亲和力,即油污很容易被钻石吸附。因此,用手指抚摸钻石会感到胶粘性,手指似乎有粘糊的感觉。这是任何宝石所没有的。这种方法需要加以训练方能掌握其中微妙的区别。

一线直落特征

钻石表面抛光很光滑。用一支钢笔蘸上墨水在钻石上划过,若是真钻石,表面留下的是一条光滑连续的线条,特征是一线直落。仿冒品留下的是一个个小圆点组成的线条。用此法观察应借助放大镜。

金刚光泽

大致在100度的白炽灯光下,切磨很好的钻石与仿冒品相互比较,很容易看出哪个具有金刚光泽。此方法不宜在过暗或过强的灯光下进行。

密度检测

金刚石的密度为每立方厘米约3.5克,而其他的“疑是金刚石”的密度一般在每立方厘米约3.25克,用二碘甲烷液(其密度在3.35克)浸泡“疑是金刚石”,漂浮的为它物,沉没的就是金刚石了。

7镀前处理

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简介

金刚石是目前发现的硬度最高、锋利性较好的磨粒。采用电镀的方法将金刚石磨料“电镀”在金属基体上,代替传统的压铸烧结法,不仅投资少、成本低,而且避免了在高温情况下金刚石的氧化,保证了金刚石的硬度和锋利性。

在整个电镀金刚石过程中,90%以上的电镀层结合不良是由于镀前处理不良所致。因此,要提高电镀质量,最主要的是做好镀前处理。

镀前处理的内容大致包括:除油、防锈、浸蚀、酸洗、活化清洗以及加辅助电极和装挂等。

为了提高镀层质量,经过对国内外的电镀行业情况进行分析和比较,结合实际,制定了镀前处理新工艺流程如下:去毛刺清洗涂绝缘胶擦洗化学除油热、冷水冲洗酸洗冷水冲洗电化学除油冲洗阳极处理冲洗入槽。

1.去毛刺用砂纸和手锉将工件上的毛刺除去,防止工件表面呈现介电的不良状态。

2.清洗用酒精将工件擦洗一遍,初步清除工件表面的油污。

3.涂绝缘胶将擦洗后的工件,在非镀部位上涂一层快速粘合剂,使非镀部位绝缘。

4.擦洗为了防止需镀部位被涂上绝缘胶,用手锉或砂纸将该部位再打磨一遍,然后冲洗。

5.化学除油除油剂配方。

氢氧化钠具有很强的皂化作用,与动植物油反应,生成可溶性肥皂和甘油。十二烷基硫酸钠是一种表面活性剂,在其十二烷基疏水基团和硫酸根亲水基团的协同作应下,降低了液体与工作之间的表面张力。它作为一种碱液添加剂,加快了除油速度。碳酸钠和硅酸钠则是两种缓冲剂对处来酸起缓冲作用,使融液的PH值基本上保持不变。将工件置于上述溶液中,在40℃~60℃的情况下清洗30分钟左右。

6.热,冷水冲洗先用热水冲洗,在用冷书冲洗,避免除油液进入酸溶液中。

7.酸洗酸洗液配方,其目的是去除基体表面的氧化皮。

8.冷水冲洗酸洗后,将工件夹出,用冷水冲洗,然后装挂到电化学除油槽内。

9.电花学除油电化学除油剂配方

把工作装挂在此溶液内,接同点源,先阴级处理1分钟,然后阳极处理3分种。所采用的电流密度为10A/dm2,电极为不锈钢板。电化学除油的反应如下:

阳级除油:4OH--2e=O2+H2O

阴极除油:2H++2e=H2

采用先阴后厌极的联合除油法,具有去油速度快,无氢脆的优点。

10.冲洗将用电化学除油后的工件用书进性行冲细洗,准备竟行阳行处理。

11.阳极处理

阳极处理液配方见表4所示,将基体装挂好,需镀部位插入该液中。负极用铅板,正极用基体。电流密度为25A/dm2,通电时间为3分钟。阳级处理避免了产生氢脆的现象,尤其适合于入槽前的最后一道工序。

12.冲洗入槽将阳极处理完毕的基体快速进行冲洗后,放入电镀槽中,准备电镀。

至此,完成金刚石电镀的整个镀前处理。

实验结果

实验将试件分成五组,在不同的镀前处理工艺流程下进行镀前处理,然后在同一电镀条件下入槽电镀。各组试件具体处理条件。

试样采用15152mm2的铁片。实验时,温度为40℃1℃,电流密度为40MA/dm2,阳极为纯净的2镍板,阴极为试件。

对电镀完的试件进行结合力和脆性两方面的检验。镀层结合力检验是采用定性的实验检测方法即锉刀试验法。所谓锉刀实验法是指用锉刀由基体向镀层方向成45o锉镀层边缘。如镀层不被带起或脱落,则为合格。

当结合力良好时,再进行镀层的脆性检验。脆性检验采用的是弯曲法。弯曲法将试件夹在虎钳上反复弯曲,同时用放大镜观察弯曲部位的变化至出现第一条裂纹为止。

由表5的测量结果可知,采用新工艺,试件表面光洁性好,油污和氧化皮被除净,试件呈现出良好的受镀状态。镀层金属与基体金属间的结合力良好,镀层的均匀性、完整性都较好。

结论

1.采用机械去毛刺、锉磨需镀部位的方法,防止工件表面呈现介电的不良状态;

2.将十二烷基硫酸钠作为碱添加剂,加强了基体表面的活性,去油速度快、质量好;

3.采用低温去油,使基体不受热应力影响;

4.在化学除油和酸洗后,又采用电化学除油和阳极处理,大大地改变了基体表面的状态,提高了镀液的分散能力和覆盖能力,提高了镀层的均匀性、完整性,增强了镀层的结合力。

8主要产地

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如前面所介绍的,伯纳特兄弟于1870年发现了金伯利金刚石矿。正是这一发现,使人们知道了在哪种岩石中有可能含有金刚石。

原来,那是一种在远古时代的岩浆冷却以后所形成的火山岩。接着,研究者又发现,在这种火山岩中除了金刚石,还含有被称为石榴石和橄榄石的两种矿物。因此,在那些出产石榴石和橄榄石的地点,找到金刚石矿的可能性就相对大。于是,石榴石和橄榄石就成为寻找金刚石的“指示矿物”。

根据指示矿物来寻找金刚石矿的方法并不是在哪一天突然发现的。上世纪70年代,美国史密森研究所的地球化学家约翰·贾尼在仔细研究了石榴石和金刚石之间的关系后发表了他的研究结果。但是,在那之前,即上世纪50年代,德比尔斯公司的地质人员早就根据指示矿物在世界各地寻找金刚石矿了。

世界各地都发现了金刚石矿。其中,澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。

美国马萨诸塞大学的地球物理学家史蒂文·哈格蒂博士在1999年研究了世界各地含有金刚石的熔岩的年代,结果发现,这些含有金刚石的熔岩至少是在过去7个不同的时期在各地喷出的岩浆所形成的,其中最古老的熔岩则是在大约10亿年前形成的。在这7个岩浆喷发时期中,以在非洲各地和巴西等地区于1.2亿年前至8000万年前喷出的岩浆中所含有的金刚石为最多。那时正值恐龙时代极盛期的中生代白垩纪。含有金刚石的熔岩,最晚的,是在2200万年以前喷出的岩浆形成的。至于在那以后形成的熔岩中是否含有金刚石,则还无法肯定。

1971年以来的二十年中,在中国陆续发现了几颗50克拉以上和100克拉以上的金刚石,按发现时间的先后排列如下:

1.2020-02-26,在江苏省宿迁公路旁发现一颗重52.71克拉的金刚石。

2.2020-02-26,在山东省临沭县常林大队,女社员魏振芳发现1颗重158.786克拉的优质巨钻,全透明,色淡黄,可称金刚石的“中国之最”。被命名为“常林钻石”

3.2020-02-26,在山东郯城陈埠发现一颗124.27克拉的巨粒金刚石。被命名为“陈埠一号”。

4.1982年9月,在山东郯城陈埠发现一颗96.94克拉的金刚石。

5.1983年5月,在山东郯城陈埠发现一颗92.86克拉的金刚石。

6.2020-02-26,在山东蒙阴发现一颗119.01克拉的巨粒金刚石,被命名为“蒙山一号”。蒙阴金刚石矿是全国最大的原生矿。

据1987年资料,中国主要金刚石成矿区有:①辽东—吉南成矿区,有中生代和中古生代两期金伯利岩。②鲁西、苏北、皖北成矿区,下古生代可能有多期金伯利岩。③晋、豫、冀成矿区,已在太行山、嵩山、五台山等地发现金伯利岩。④湘、黔、鄂、川成矿区,已在湖南沅水流域发现了4个具工业价值的金刚石砂矿。

湖南金刚石,产于湖南省常德丁家港、桃源、黔阳等地。湖南金刚石以砂矿为主,主要分布在沅水流域,分布零散,品位低,但质量好,宝石级金刚石约占40%。相传在明朝年间,湖南沅江流域就有零星的金刚石发现,大规模的寻矿则始于二十世纪五十年代。沅江整个水域均有金刚石分布,但有开采价值的仅常德丁家港、桃源县车溪冲、溆浦县(黔阳)新庄垅、沅陵县窑头等4处。

湖南金刚石的颜色深浅不一,内外颜色差异明显,呈带状、斑状分布。其褐色系列金刚石,晶体呈黄褐色,内部洁净,表面有大量的褐色斑点,其褐斑的颜色有黄色、黄褐色、褐色、黑色等,主要分布在金刚石的溶蚀面上,褐色主要由自然界放射性粒子的辐照造成。金刚石总体颗粒小,但质地较好,以单晶为主,约占总产量的98%;晶体比较完整,以八面体、十二面体、六八面体为多;绝大多数晶体浅色透明或呈黄、褐色等;粒重多小于28mg,一般为10.9~15mg;22%晶体中含包裹体;60%的晶体表面有裂纹,表面溶蚀不重。

参考资料

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