提起钻石,人们就会联想到光芒耀眼、闪耀耀眼的情形,它跟着具有者的活动而光芒四射。但因它的贵重价格,大多数人只能望而生畏。尽管如此,人们对钻石仍是很神往的。
你知道钻石是什么吗?它的化学成分是碳(C),天然的钻石是由金刚石经过揣摩后才干称之谓“钻石”。天然的钻石是十分稀疏的,物以稀为贵,正由于可做“钻石“用的天然金刚石很稀有,人们就想“人工“金刚石来替代它,这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟——石墨了。
金刚石和石墨的化学成分都是碳(C),科学家们称之为“同质多像变体”,也有人称“同素异形体”。从这种称号不难得知它们具有相同的“质”,但“形”或“性”却不同,且有大相径庭,金刚石是现在最硬的物质,而石墨却是最软的物质之一。
我们都知道铅笔芯便是用石墨粉和粘土配比而制成的,石墨粉多则软,用“B“表明,粘土掺多了则硬,用“H”表明。矿物学家用摩氏硬度来表明相对硬度,金刚石为10,而石墨的摩氏硬度只要1。它们的硬度不同那么大,重点是它们的内部结构有很大的差异。
石墨内部的碳原子呈层状摆放,一个碳原子周围只要3个碳原子与其相连,碳与碳组成了六边形的环状,无限多的六边形组成了一层。层与层之间联络力十分弱,而层内三个碳原子联络很牢,因而受力后层间就很简单滑动,这便是石墨很软能写字的原因。
金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间摆放,一个碳原子周围有4个碳原子相连,因而在三维空间形成了一个骨架状,这种结构在各个方向联络力均匀,联合力很强,因而使金刚石具有高硬度的特性。
石墨和金刚石的硬度不同如此之大,但人们仍是期望能用人工组成方法来获取金刚石,由于自然界中石墨(碳)藏量是很丰厚的。可是要使石墨中的碳变成金刚石那样摆放的碳,不是那么简单的。十八世纪后期,人们就开端寻觅组成的途径,直至本世纪中叶。1938年学者罗西尼经过热力学核算,奠定了组成金刚石的理论基础,算出要使石墨变成金刚石,至少要在15000个大气压、摄氏1500度的高温条件下才能够,到50-60时代建成了能到达上述条件的仪器设备。石墨在5-6万大气压,即(5-6)×103MPa,及摄氏1000至2000度高温下,再用金属铁、钴、镍等做催化剂,可使石墨转变成金刚石。
现在国际上已有十几个国家(包含我国)均组成出了金刚石。但这种金刚石由于颗粒很细,主要用途是做磨料,用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当时,国际金刚石的消费中,80%的人工金刚石主要是用于工业,它的产值也远超于天然金刚石的产值。
现在,从空间站宇航员的防辐射面罩,南水北调工程巨型盾构机的钻头,CVT变速器精细成型电镀砂轮的锋刃之上,我国制作的人工金刚石作为最尖利的“工业牙齿”,揽下了一个又一个的瓷器活,为国内很多制作业企业打破技能瓶颈供给了“精巧利器”。