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金剛石知識

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原生金剛石是在地下深外處(130—180Km)高溫(900—1300℃)高壓(45—60)×108Pa下結晶而成的,它們儲存在金伯利巖或榴輝巖中,其形成年代相當久遠。南非金伯利礦,橄欖巖型鉆石約形成于距今33億年前,這個(gè)年齡幾乎與地球同歲;而奧大利亞阿蓋爾礦、博茨瓦納奧拉伯礦,榴輝巖型的鉆石雖說(shuō)年輕,也分別已有15.8億年和9.9億年了。藏于如此大的地下深處達億萬(wàn)年之久的鉆石晶體要重見(jiàn)天日,得有助于火山噴發(fā),熔巖流將含有鉆石的巖漿帶入至地球近地表處,或長(cháng)途遷徒淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管狀礦,后者形成的則為沖積礦。這些礦體歷經(jīng)艱辛開(kāi)采后,還需經(jīng)過(guò)多道處理遴選,才可從中獲怪毛坯金剛石。毛坯金剛石中僅有20%左右可作首飾用途的鉆坯,而大部分只能用于切割、研磨及拋光等工業(yè)用途上。有人曾粗略地估算過(guò),要得到1ct重的鉆石,起碼要開(kāi)采處理250噸礦石,采獲率是相當低的;如果想從成品鉆中挑選出美鉆,那兩者的比率更是十分懸殊的了。

  已知現今世界上只有三十余個(gè)國家和地區產(chǎn)鉆石,且分布極不均勻,主要集中在澳洲、非洲,次為亞洲和南美洲。其中澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦納、前蘇聯(lián)和南非為世界上五大鉆石生產(chǎn)國,占全球鉆坯供應量八成有多。

  我國鉆礦開(kāi)發(fā)雖有著(zhù)較長(cháng)歷史,清道光年間湘西桃源、常德一帶、山東郯城區都先后發(fā)現過(guò)鉆石。20世紀中葉湖南還找到過(guò)鉆石砂礦。然而,鉆石原生礦床60—70年代僅在遼寧瓦房店、山東蒙陰和貴州東部地區發(fā)現。

  物以稀為貴。綜觀(guān)當今世界,鉆石分布范圍小,產(chǎn)量低。加之開(kāi)采困難,自然鉆石就更顯彌足珍貴了。一顆鉆石,從孕育于地殼巖漿之中至佩戴于您的手上,輾轉周游萬(wàn)里,途經(jīng)數百人之手,個(gè)中開(kāi)采、加工艱辛復雜,做成精致的飾品更是藝術(shù)的創(chuàng )造,最后又經(jīng)您慧眼上識,佩戴,才再度炫耀于世,因此,這是一種何等奇特的福緣!

  什么是人造金剛石

  鉆石由金剛石加工琢磨而成,是珠寶中的貴族,它通明剔透,散發(fā)著(zhù)清冷高貴的光輝,頗有“出淤泥而不染”的氣質(zhì)。天然金剛石的形成和發(fā)現極為不易,它是碳在地球深部高溫高壓的特殊條件下歷經(jīng)億萬(wàn)年的“苦修”轉化而成的,由于地殼的運動(dòng),它們從地球的深處來(lái)到地表,蘊藏在金伯利巖中,從而被人類(lèi)發(fā)現和開(kāi)采。

  金剛石不僅可以加工成價(jià)值連城的珠寶,在工業(yè)中也大有可為。它硬度高、耐磨性好,可廣泛用于切削、磨削、鉆探;由于導熱率高、電絕緣性好,可作為半導體裝置的散熱板;它有優(yōu)良的透光性和耐腐蝕性,在電子工業(yè)中也得到廣泛應用。18世紀末,人們發(fā)現身價(jià)高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體,從此,制備人造金剛石就成為了許多科學(xué)家的光榮與夢(mèng)想。

  一個(gè)世紀以后,石墨 ——碳的另一種單質(zhì)形式被發(fā)現了,人們便嘗試模擬自然過(guò)程,讓石墨在超高溫高壓的環(huán)境下轉變成金剛石。為了縮短反應時(shí)間,需要2 000 ℃高溫和5.5萬(wàn)個(gè)大氣壓的特殊條件。

  1955年,美國通用電氣公司專(zhuān)門(mén)制造了高溫高壓靜電設備,得到世界上第一批工業(yè)用人造金剛石小晶體,從而開(kāi)創(chuàng )了工業(yè)規模生產(chǎn)人造金剛石磨料的先河,現在他們的年產(chǎn)量在20噸左右;不久,杜邦公司發(fā)明了爆炸法,利用瞬時(shí)爆炸產(chǎn)生的高壓和急劇升溫,也獲得了幾毫米大小的人造金剛石。

  金剛石薄膜的性能稍遜于金剛石顆粒,在密度和硬度上都要低一些。即便如此,它的耐磨性也是數一數二,僅5微米厚的薄膜,壽命也比硬質(zhì)合金鋼長(cháng)10倍以上。我們知道,唱片的唱針在微小的接觸面上要經(jīng)受極大的壓力,同時(shí)要求極長(cháng)的耐磨壽命,只要在針尖上沉積上一層金剛石薄膜,它就可以輕松上陣了。如果在塑料、玻璃的外面用金剛石薄膜做耐磨涂層,可以大大擴展其用途,開(kāi)發(fā)性能優(yōu)越又經(jīng)濟的產(chǎn)品。

  更重要的是,薄膜的出現使金石的應用突破了只能作為切削工具的樊籬,使其優(yōu)異的熱、電、聲、光性能得以充分發(fā)揮。目前,金剛石薄膜已應用在半導體電子裝置、光學(xué)聲學(xué)裝置、壓力加工和切削加工工具等方面,其發(fā)展速度驚人,在高科技領(lǐng)域更加誘人。