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小知識第13期：天然和人造金剛石的差異；天然金剛石的質量標準；什么是金剛石解理面？金剛石晶型怎么定義？

1、天然金剛石和人造金剛石有何差異？

天然金剛石和人造金剛石的主要區別有下列5點。
(1)溶劑不同：天然金剛石是從硅酸鹽熔體中生長的，其中碳的溶解度較低，而人造金剛石則是從金屬熔體中長出來的，其中碳的溶解度比硅酸鹽高得多；
(2)天然金剛石的生長溫度（估計1000～1300℃)比人造金剛石(1400℃以上）低；
(3)人造金剛石生長時的過飽和度高于天然金剛石，因而無論如何都可以預測人造金剛石表面是較粗糙的，然而，實際所觀察到的人造金剛石都顯示出有一個光滑表面；
(4)在人造金剛石晶體上觀察到的生長螺線與天然金剛石上觀察到的螺線不同，人造金剛石{100}面上的生長螺線是平行{111}的矩形，具有不平坦臺階，其高度通常超過幾十納米；
(5)天然金剛石與人造金剛石之間的形態差異，以及理論預見的晶體形態與實際觀察之間的差異，很可能是由于生長單元的大小不同所造成的。
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2、天然金剛石產品質量標準有哪些？

金剛石作為裝飾品是根據瑕疵雜質大小、多少、顏色等方面情況，來劃分鉆石的等級。作為工業用的金剛石可根據其雜質含量進行分類，亞類的劃分主要依據雜質氮含量的差異。詳見下表：

I型和Ⅱ型金剛石

3、何謂金剛石的解理面？

晶體受力后最易分裂的面叫解理面。金剛石最好的解理面是與八面體面一致的面（見下圖)。其次較常見到的解理面是與菱形十二面體面相一致的面。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (a)八面體； （b)八面體(111)面網解理面； （c)、(d)被分裂的兩塊金剛石

4、金剛石的晶形是如何定義的？

金剛石晶形可按外形分為：完整晶形、等積形、非等積形、連晶、聚晶等幾種晶體形態。具體含義分述如下：(1)凡屬下列情況的屬完整晶形：①晶面、晶棱清晰，晶體生長飽滿；②沒有兩個以上孿生或共生晶體；③允許有四分之一的缺角和晶面上有四分之一的蝕坑。這種晶體的金剛石晶形好、強度高、耐沖擊，是最理想的切磨材料。(2)等積形：晶體長軸與短軸之比不超過1.5：1的為等積形。此類金剛石的質量不如完整晶體金剛石，其強度較低，但形狀尚好。目前，在人造金剛石中此種類型占很大比例。

(3)非等積形：晶體長軸與短軸之比超過1.5：1者為非等積形。此類金剛石質量差，形狀不好，強度很低。

(4)連晶：凡有兩個以上共同晶面或晶棱的晶體及若干非完整晶體連生者為連晶。在使用時應將連晶破碎為單晶。

(5)聚晶：許多微小的晶體無規則地聚合叢生稱為聚晶體。此類金剛石質量差，抗壓強度很低。

 

5、人造金剛石的晶體結構是怎樣的？

? ??人造金剛石是由石墨在超高溫高壓的條件下轉變而得的，其組成元素為碳原子和少量雜質。金剛石是碳的一種結晶形態。當碳原子構成金剛石時，碳原子以4個等同的sp3雜化軌道相互成鍵，成為一個正四面體的結構，如下圖所示。由sp3雜化軌道所形成的正四面體結構，既可以存在于立方晶系中，也可以存在于密排六方晶系中，所以金剛石具有立方金剛石和六方金剛石兩種不同的晶體結構，常見的單晶體形態有六面體、八面體和菱形十二面體。