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金剛石知識(shí)

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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(jié)晶而成的,它們儲(chǔ)存在金伯利巖或榴輝巖中,其形成年代相當(dāng)久遠(yuǎn)。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(dá)億萬年之久的鉆石晶體要重見天日,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)艱辛開采后,還需經(jīng)過多道處理遴選,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,要得到1ct重的鉆石,起碼要開采處理250噸礦石,采獲率是相當(dāng)?shù)偷?;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(xiàn)今世界上只有三十余個(gè)國家和地區(qū)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(yīng)量八成有多。

  我國鉆礦開發(fā)雖有著較長歷史,清道光年間湘西桃源、常德一帶、山東郯城區(qū)都先后發(fā)現(xiàn)過鉆石。20世紀(jì)中葉湖南還找到過鉆石砂礦。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(qū)發(fā)現(xiàn)。

  物以稀為貴。綜觀當(dāng)今世界,鉆石分布范圍小,產(chǎn)量低。加之開采困難,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(zhuǎn)周游萬里,途經(jīng)數(shù)百人之手,個(gè)中開采、加工艱辛復(fù)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(shí),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(xiàn)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)億萬年的“苦修”轉(zhuǎn)化而成的,由于地殼的運(yùn)動(dòng),它們從地球的深處來到地表,蘊(yùn)藏在金伯利巖中,從而被人類發(fā)現(xiàn)和開采。

  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(dǎo)熱率高、電絕緣性好,可作為半導(dǎo)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(yīng)用。18世紀(jì)末,人們發(fā)現(xiàn)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(jì)以后,石墨 ——碳的另一種單質(zhì)形式被發(fā)現(xiàn)了,人們便嘗試模擬自然過程,讓石墨在超高溫高壓的環(huán)境下轉(zhuǎn)變成金剛石。為了縮短反應(yīng)時(shí)間,需要2 000 ℃高溫和5.5萬個(gè)大氣壓的特殊條件。

  1955年,美國通用電氣公司專門制造了高溫高壓靜電設(shè)備,得到世界上第一批工業(yè)用人造金剛石小晶體,從而開創(chuàng)了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)人造金剛石磨料的先河,現(xiàn)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(shù)一數(shù)二,僅5微米厚的薄膜,壽命也比硬質(zhì)合金鋼長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(kuò)展其用途,開發(fā)性能優(yōu)越又經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。

  更重要的是,薄膜的出現(xiàn)使金石的應(yīng)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(yīng)用在半導(dǎo)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。