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矿物中的硬骨头—金刚石

发布时间:2024-01-18      来源:网络


  “横眉冷对千夫指,俯首甘为孺子牛。”体现了一种从身体里所散发出来的硬骨头精神,主席评价其“骨头是最”。其实在矿物世界中,也有一种被誉为“硬骨头”的矿物。正因为其“骨头硬”,它是制作研磨工具的最好材料;也正因为其“骨头硬”,才有了“钻石恒久远,一颗永流传”的这句家喻户晓的广告词。它就是金刚石。

  金刚石素有“硬度之王”的美誉,它是自然界中天然存在最硬的矿物,其名称来源于希腊文“Adamas”,意为坚硬无敌。据资料显示:金刚石莫氏硬度为10,绝对硬度相当于石英(莫氏硬度7)的1000倍,是刚玉(莫氏硬度9)的150倍。金刚石的硬度非常之高,是其他矿物无法比拟的。大家知道,在生活常见的物质中钢铁是非常坚硬的,但是金刚石却比钢铁硬10倍之多。如果用人造金刚石做成的超硬质材料,再加工成特制的刀具用于机床中切削各种金属物品,就能够真正实现传说中的“削铁如泥”。

  金刚石是碳在高温高压条件下形成的一种特殊的结晶体,属于典型的原子晶体,同时属于硬度最大的单质。熔点相当高,可达3550℃,沸点更是高达4827℃。它和石墨是同素异形体,但是他们的碳原子组成结构中的排列方式却截然不同,金刚石中的碳原子是紧密、整齐地排列的,形成十分稳定的立体结构。而石墨中的碳原子间结合力很小,很容易滑动,易变形,因此石墨的硬度远低于金刚石,但是石墨可以在高温、高压下形成特殊的人造金刚石。20世纪60年代,人工合成金刚石技术兴起。到现在,随着这项技术的日趋完善,人造金刚石几乎完全代替了天然金刚石。

  有句至理名言,“没有金刚钻,别揽瓷器活”,意思是承担的工作要与工具和能力相匹配。各种不同的矿物因为其物理性质的不同而有不同的用途,因此,了解矿物的物理性质就好比知道它有啥“金刚钻”,从而给它安排相应的“瓷器活”。

  自然界中纯净的金刚石是无色透明的,但是在其矿物化学组成中,总含有硅等多种杂质元素,以及碳水化合物。因此,我们常见到的金刚石是因含杂质而呈现出不同程度的绿、蓝、黄、褐、灰、乳白和紫色等,其透明度也会下降。根据金刚石中氮杂质含量和热、光、电学性质的不同,将金刚石分为I型和Ⅱ型两类。其中I型金刚石为常见类型,其含量可达天然金刚石的98%以上。含有一定量的氮杂质,具有较好的导热性,但导电性不佳。Ⅱ型金刚石极为罕见,不合或极少含有氮杂质,具有良好的导热性,唯有其Ⅱb亚型的金刚石具半导电性。当然高硬度还是各种金刚石最拿得出手的“金刚钻”。

  正因为金刚石有上述物理性质,决定了它有极其重要的工业用途,能广泛用于机电、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。因为“硬”,常用作轴承、刀具、钻具、研磨、拉丝模、硬度计压痕器、锯片、光学精密仪器、修整器及地质钻头等。另外,人造金刚石还可以应用于军事及航天领域,如导弹的激光制导、北斗导航卫星相控阵组件等等。此外,我们熟悉的挖掘机铲斗前面那一排长得像牙齿的“巨齿”,能挖地、抓挖地表岩石,非常坚硬,它就是金刚石加工而成的。工人师傅刻划玻璃时所用的小刀,锋利无比,它的刀片其实就是金刚石制品。所以说,金刚石及其制品在生活中无处不在,随着科学技术的发展,金刚石的用途将会越来越广泛,带给我们的便利也会越来越多。

  在我们的认知中,硬汉和美女似乎不可能合为一体,但是在矿物界却可以有这样的融合。金刚石作为“铮铮铁骨的硬汉”可以化作轴承、刀具和研磨材料,而它在宝石界也是赫赫有名的“美女”,在聚光灯下光鲜夺目,成就了它的另一个名字——钻石。

  钻石被广泛用于戒指、项链、耳环等饰品,珍贵且保值,是爱美人士的最佳选择。在公元前4世纪,印度人便开始了钻石交易。在古代社会,钻石是国家与王富贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。法国国王路易九世甚至规定女性和非贵族是不被允许佩戴钻石的。

  直到后来,法国国王查理七世废除这条禁令后,平民百姓才获得佩戴的权利。在现代社会,钻石因为稀少罕见而显得尤为珍贵,它代表了美丽和永恒,是恒久弥坚、忠贞不渝的爱情象征。1886年,蒂芙尼推出全球首款订婚戒指,钻石被巧妙地镶嵌于戒环之上,折射出绚丽夺目的光华,自此,全世界开始疯狂地迷恋这种婚姻习俗。钻石成为了求婚、订婚和结婚仪式与典礼中不可或缺的定情信物。后来,随着人们思想观念的转变,钻石渐渐地与爱情、婚姻松绑,成为人们平时工作、生活中佩戴的一种时尚首饰。

  对于宝石而言,重量是经济评价的最重要因素,钻石的价值直接与重量相关。因此,重量越大的钻石价值越高,钻石颗粒愈大,愈珍贵。决定钻石价值的第二和第三个指标就是其颜值,包括颜色和纯净度两个方面。宝石级钻石,要求晶体完美,无色或色彩鲜艳,透明度高,无裂隙和杂质。所以钻石愈近无色,售价愈高;同样,越纯净、透明无瑕的钻石越昂贵。第四个评价指标是加工工艺,评定的内容包括钻石的对称性、加工光洁度和人工损伤等。因为钻石经切割和琢磨后能够提高自身的色散程度,而钻石的色散效果越好品质越佳。

  金刚石虽然具有极高的工业用途和宝石价值,但金刚石的矿产资源还是相对匮乏,长期以来,由于探明储量少,可供开发利用的产地明显不足,金刚石一直是中国的短缺矿产资源。我国是世界上第二大钻石需求国和第一大工业钻石消费国,但金刚石资源短缺,长期依赖进口,目前仍处于供不应求的状况。因此合理利用和保护金刚石矿产资源,并通过科技不断开发其新的用途是未来的必由之路。相信这个诞生于地下高温,伴随着人类几千年文明的“硬骨头”必定会在人类社会发展中绽放更加灿烂的光芒。

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  鲁迅的《自嘲》诗:“横眉冷对千夫指,俯首甘为孺子牛。”体现了一种从身体里所散发出来的硬骨头精神,主席评价其“骨头是最硬的,他没有丝毫的奴颜和媚骨”。其实在矿物世界中,也有一种被誉为“硬骨头”的矿物。正因为其“骨头硬”,它是制作研磨工具的最好材料;也正因为其“骨头硬”,才有了“钻石恒久远,一颗永流传”的这句家喻户晓的广告词。它就是金刚石。

  金刚石素有“硬度之王”的美誉,它是自然界中天然存在最硬的矿物,其名称来源于希腊文“Adamas”,意为坚硬无敌。据资料显示:金刚石莫氏硬度为10,绝对硬度相当于石英(莫氏硬度7)的1000倍,是刚玉(莫氏硬度9)的150倍。金刚石的硬度非常之高,是其他矿物无法比拟的。大家知道,在生活常见的物质中钢铁是非常坚硬的,但是金刚石却比钢铁硬10倍之多。如果用人造金刚石做成的超硬质材料,再加工成特制的刀具用于机床中切削各种金属物品,就能够真正实现传说中的“削铁如泥”。

  金刚石是碳在高温高压条件下形成的一种特殊的结晶体,属于典型的原子晶体,同时属于硬度最大的单质。熔点相当高,可达3550℃,沸点更是高达4827℃。它和石墨是同素异形体,但是他们的碳原子组成结构中的排列方式却截然不同,金刚石中的碳原子是紧密、整齐地排列的,形成十分稳定的立体结构。而石墨中的碳原子间结合力很小,很容易滑动,易变形,因此石墨的硬度远低于金刚石,但是石墨可以在高温、高压下形成特殊的人造金刚石。20世纪60年代,人工合成金刚石技术兴起。到现在,随着这项技术的日趋完善,人造金刚石几乎完全代替了天然金刚石。

  有句至理名言,“没有金刚钻,别揽瓷器活”,意思是承担的工作要与工具和能力相匹配。各种不同的矿物因为其物理性质的不同而有不同的用途,因此,了解矿物的物理性质就好比知道它有啥“金刚钻”,从而给它安排相应的“瓷器活”。

  自然界中纯净的金刚石是无色透明的,但是在其矿物化学组成中,总含有硅等多种杂质元素,以及碳水化合物。因此,我们常见到的金刚石是因含杂质而呈现出不同程度的绿、蓝、黄、褐、灰、乳白和紫色等,其透明度也会下降。根据金刚石中氮杂质含量和热、光、电学性质的不同,将金刚石分为I型和Ⅱ型两类。其中I型金刚石为常见类型,其含量可达天然金刚石的98%以上。含有一定量的氮杂质,具有较好的导热性,但导电性不佳。Ⅱ型金刚石极为罕见,不合或极少含有氮杂质,具有良好的导热性,唯有其Ⅱb亚型的金刚石具半导电性。当然高硬度还是各种金刚石最拿得出手的“金刚钻”。

  正因为金刚石有上述物理性质,决定了它有极其重要的工业用途,能广泛用于机电、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。因为“硬”,常用作轴承、刀具、钻具、研磨、拉丝模、硬度计压痕器、锯片、光学精密仪器、修整器及地质钻头等。另外,人造金刚石还可以应用于军事及航天领域,如导弹的激光制导、北斗导航卫星相控阵组件等等。此外,我们熟悉的挖掘机铲斗前面那一排长得像牙齿的“巨齿”,能挖地、抓挖地表岩石,非常坚硬,它就是金刚石加工而成的。工人师傅刻划玻璃时所用的小刀,锋利无比,它的刀片其实就是金刚石制品。所以说,金刚石及其制品在生活中无处不在,随着科学技术的发展,金刚石的用途将会越来越广泛,带给我们的便利也会越来越多。

  在我们的认知中,硬汉和美女似乎不可能合为一体,但是在矿物界却可以有这样的融合。金刚石作为“铮铮铁骨的硬汉”可以化作轴承、刀具和研磨材料,而它在宝石界也是赫赫有名的“美女”,在聚光灯下光鲜夺目,成就了它的另一个名字——钻石。

  钻石被广泛用于戒指、项链、耳环等饰品,珍贵且保值,是爱美人士的最佳选择。在公元前4世纪,印度人便开始了钻石交易。在古代社会,钻石是国家与王富贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。法国国王路易九世甚至规定女性和非贵族是不被允许佩戴钻石的。

  直到后来,法国国王查理七世废除这条禁令后,平民百姓才获得佩戴的权利。在现代社会,钻石因为稀少罕见而显得尤为珍贵,它代表了美丽和永恒,是恒久弥坚、忠贞不渝的爱情象征。1886年,蒂芙尼推出全球首款订婚戒指,钻石被巧妙地镶嵌于戒环之上,折射出绚丽夺目的光华,自此,全世界开始疯狂地迷恋这种婚姻习俗。钻石成为了求婚、订婚和结婚仪式与典礼中不可或缺的定情信物。后来,随着人们思想观念的转变,钻石渐渐地与爱情、婚姻松绑,成为人们平时工作、生活中佩戴的一种时尚首饰。

  对于宝石而言,重量是经济评价的最重要因素,钻石的价值直接与重量相关。因此,重量越大的钻石价值越高,钻石颗粒愈大,愈珍贵。决定钻石价值的第二和第三个指标就是其颜值,包括颜色和纯净度两个方面。宝石级钻石,要求晶体完美,无色或色彩鲜艳,透明度高,无裂隙和杂质。所以钻石愈近无色,售价愈高;同样,越纯净、透明无瑕的钻石越昂贵。第四个评价指标是加工工艺,评定的内容包括钻石的对称性、加工光洁度和人工损伤等。因为钻石经切割和琢磨后能够提高自身的色散程度,而钻石的色散效果越好品质越佳。

  金刚石虽然具有极高的工业用途和宝石价值,但金刚石的矿产资源还是相对匮乏,长期以来,由于探明储量少,可供开发利用的产地明显不足,金刚石一直是中国的短缺矿产资源。我国是世界上第二大钻石需求国和第一大工业钻石消费国,但金刚石资源短缺,长期依赖进口,目前仍处于供不应求的状况。因此合理利用和保护金刚石矿产资源,并通过科技不断开发其新的用途是未来的必由之路。相信这个诞生于地下高温,伴随着人类几千年文明的“硬骨头”必定会在人类社会发展中绽放更加灿烂的光芒。