金刚石(Diamond)

【化学组成】成分中可含有N、B、Si、Al、Na、Ba、Fe、Cr、Ti、Ca、Mg、Mn等元素。其中N、B最为重要，是目前金刚石分类的基本依据。首先根据是否含N分为两类：一是含N者为Ⅰ型，Ⅰ型又据N的存在形式进一步分为Ⅰa型和Ⅰb型。Ⅰa型中N含量大于0.1%，以细小片状的形式存在，增强了金刚石的硬度、导热性、导电性。天然金刚石中98%为Ⅰa型。Ⅰb型中N含量很小，N以单个原子置换金刚石中的C，Ⅰb型绝大多数见于人造金刚石中，而仅占天然金刚石的1%左右。二是不含N或含量极微(＜0.001%)，又根据是否含B进一步分为Ⅱa型和Ⅱb型。Ⅱa型一般不含B。天然的金刚石中Ⅱa型含量很小。具良好的导热性是Ⅱa　金刚石的特性。Ⅱb型含B杂质元素，往往呈天蓝色，具半导体性能，Ⅱb型金刚石在自然界中也罕见。此外，还可出现混合型金刚石，即同一颗粒金刚石内，氮的分布不均匀，既有Ⅰ型区，又有Ⅱ型区；或既有Ⅰa型区，又有Ⅰb型区。

【晶体结构】等轴晶系；；a₀=0.356nm;Z=8。

在金刚石的晶体结构(图Z-5)中C分布于立方晶胞的8个角顶和6个面中心,在将晶胞平均分为8个小立方体时，其中的4个相间的小立方体中心分布有C(图Z-5(a))。金刚石结构中的C以共价键与周围的另外4个C相连,键角109°28′16″，形成四面体配位(图Z-5(b))。金刚石具有紧密的结构，原子间以强共价键相连，这些特征造成了它具有高硬度、高熔点、不导电的特性。由于结构在{111}方向上原子的面网密度大，其间距也大，故产生{111}中等解理。

图Z-5金刚石的晶体结构

(引自潘兆橹等，1993)

【形态】自然界中金刚石大多数呈单晶产出，常见圆粒状或碎粒（图Z-6）。其单形主要是八面体{111}，菱形十二面体{110}及它们的聚形。少数为八面体{111}、菱形十二面体{110}与立方体{100}、四六面体{hk0}成聚形。由于熔蚀作用常见晶体呈浑圆状，晶面弯曲(图Z-7)，并出现蚀像，不同的单形有不同的蚀像，如八面体晶面出现三角形，立方体晶面出现四边形熔蚀坑。

图Z-6呈八面体晶形的金刚石单晶体

图Z-7金刚石的晶形

(引自王根元，1989)

目前也发现有些金刚石具四面体晶形(如我国辽宁已发现几颗四面体金刚石)，这样就可能导致金刚石的对称型为3m，这与通常认为金刚石的对称型为m3m相矛盾，对于这个问题，目前已有研究报道，认为是双晶结构引起的假像四面体晶形（A.Yacoot,M.Moore,1993）。

【物理性质】无色透明，常带深浅不同的黄色色调，也有呈乳白色、浅绿色、天蓝色、褐色和黑色等等；典型的金刚石光泽，断口油脂光泽。平行{111}解理中等。硬度10。相对密度3.50～3.52。性脆。折射率N=2.40～2.48，具强色散性。纯净金刚石导热性良好，室温下其导热率几乎是铜的5倍。

【成因及产状】金刚石仅形成于高温高压的条件下，为岩浆作用的产物，目前仅见产于超基性岩的金伯利岩(角砾云母橄榄岩)、钾镁煌斑岩及高级变质岩榴辉岩中。

当含金刚石的岩石遭受风化后，可以形成金刚石砂矿。

世界上著名金刚石产地有南非、扎伊尔、前苏联亚库梯等。我国山东、辽宁、贵州等地相继发现金刚石的原生矿床。

【鉴定特征】极高的硬度，标准金刚光泽，晶形轮廓常呈浑圆状。

【主要用途】金刚石具有很高的经济价值。根据用途不同可分为宝石金刚石和工业金刚石。前者主要利用其光彩诱人的色泽和极高的硬度，金刚石经人工琢磨成各种多面体后就成为“钻石”，钻石至今仍然是最紧俏、最名贵的宝石，质优粒大者价格更为昂贵，如大于1g的优质钻石价格可达5000美元/克拉以上。后者主要利用其各种特性，如利用I型金刚石的高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头；用Ⅱb型金刚石制作固体微波器及激光器件折散热片；利用其优良的红外线穿透性制造卫星窗口和高功率激光器的红外窗口。利用其半导体性能制作整流器、三极管等等。随着科学技术的迅速发展，金刚石的用途越来越广泛。