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金刚石——钻石

金刚石,又称钻石,英文名称DIAMOND,源自于希腊语“ADAMANT”,其意为难征服。大约16世纪中期开始使用英文并延续至今。其实,严格地说,金刚石和钻石的含义是不同的。自然界产出的金刚石因其品质的优劣不同,只有很少一部分可作宝石用,其余大部分只能用于工业上。可作宝石的金刚石是指那些纯净无杂质无裂隙无包裹体无色透明或有特殊颜色且晶体较大的金刚石。这种未经加工琢磨的金刚石原石称作宝石金刚石。宝石金刚石经过专门的琢磨加工成各种首饰才能称作钻石。不过,人们习惯上常常把金刚石和钻石等同起来,也就不加严格区分了。

我国佛教经典中称钻石为“金刚不坏”,表示任何物质都破坏不了它,由于它硬度高,很难琢磨,所以用来做装饰品的历史较红宝石、蓝宝石、祖母绿晚。大约1477年,人们开始用没有经过琢磨或仅琢磨几个刻面的钻石来做结婚的信物。1558年—1603年英国女王戴的钻石戒指,也只是一枚磨平了一个角的八面体钻石。历史上钻石的昌盛时期是1604年一1689年,当时一位名叫塔沃尼(TAVERNIER)的法国人曾六次往返于印度与欧洲的各王室之间,从事大量的钻石生意,推动了钻石的应用和发展。
1909年,波兰人塔克瓦斯基(TOLKOWSKY)根据钻石的折光率,按照全反射原理,设计出最佳反光效果的58个刻面的标准钻石型,此后闪光灿烂的钻石便成为宝石中的骄子。
1700年以前,印度是世界唯一的钻石生产国,钻石的应用虽起源于印度,但兴盛于英国。
自从1866年在南非发现钻石矿以后,英国人朗德(RHODE)于1880年在南非创立了戴比尔斯(DDBEERS)公司,1899年开始至今,戴比尔斯公司占有世界钻石销售量的80%,控制了世界范围内钻石的购销和价格。
钻石是最贵重的宝石。据估计,钻石约占世界宝石价值的90%;在宝石贸易中,钻石营业额最大,占宝石总销售额的80%。在金刚石贸易中,宝石级金刚石约占总贸易额的20%,工业用金刚石占80%左右。
在原生矿开采的金刚石中,通常只有10%-20%可作宝石用;在砂矿开采的金刚石中,达到宝石级的比例稍高些,最好的可达到40%左右。大部分金刚石用于工业,金刚石在地质勘探、石油、采矿、机器制造、光学仪器加工、电子工业、空间技术等工业领域都有广泛的应用。因此,许多国家都视金刚石为战略资源。巴西、南非、纳米比亚、英国、荷兰等国家更把金刚石奉为“国石”。
目前钻石已成为结婚的信物、四月生辰石、结婚60周年的贺品、保值的硬通货而流传于世。
钻石的成分和晶体结构
钻石的主要成分是碳(C),含C量96%-99.9%。即使很纯净的钻石也含有0.001%的杂质。钻石中的杂质组分有SI、AL、CA、MG、MN、TI、CR、N等。除N以外,其余杂质通常都以矿物包裹体形式存在,钻石中常含有磁铁矿、钛铁矿、镁铝榴石、铬透辉石、橄榄石、石墨等矿物包裹体。
氮(N)是钻石中一种重要的杂质组分,N在钻石晶体结构中组成各种缺陷中心,可以单个N、A中心、B中心、N3小晶片等形式存在。根据N的含量和聚结形式可将钻石划分为Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型钻石含N量较多(0.05%-0.3%)。ⅠA型钻石中N以N3小晶片形式存在,ⅠB型钻石中N以分散状态的顺磁方式存在。Ⅱ型钻石含N量较少(<0.05%),N呈自由状态存在。Ⅰ型和Ⅱ型钻石在某些物理性质上有所不同。自然界的钻石绝大部分是Ⅰ型钻石。
钻石为等轴晶系,晶体结构为立方面心格子,晶胞参数A°=3.56A(1A=1MM/1千万)(见左图)。C原子位于立方晶胞的八个角顶和六个面中心,并在其八个小立方格的半数中心相间地分布着四个C原子,每个C原子都与周围四个C。