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金刚石Diamond的发展史五

而工业上金刚钻的发展始于十八世纪,十八世纪后半叶,科学家才搞清楚金刚石的构成,70至90年代,法国化学家拉瓦锡(~)等人进行的在氧气中燃烧金刚石的实验,结果发现得到的是二氧化碳气体,即一种由氧和碳结合在一起的物质。这里的碳就来源于金刚石。终于,这些实验证明了组成金刚石的材料是碳。知道了金刚石的成分是碳,仍然不能解释金刚石为什么有那样大的硬度。例如,制造铅笔芯的材料是石墨,成分也是碳,然而石墨却是一种比人的指甲还要软的矿物。金刚石和石墨这两种矿物为什么会如此不同?

金刚石与石墨原子图

这个问题,是在年才由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子做出回答。布拉格父子用X射线观察金刚石,研究金刚石晶体内原子的排列方式。他们发现,在金刚石晶体内部,每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合,形成一种致密的三维结构。这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构。而且,这种致密的结构,使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克,大约是石墨密度的1.5倍。正是这种致密的结构,使得金刚石具有最大的硬度。换句话说,金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物。

金刚石原子图

世界金刚石矿产资源并不丰富,随着工业的兴起,其远远不能满足工业消费的需要。

20世纪60年代以来,人工合成金刚石技术兴起,至90年代日臻完善,人造金刚石几乎完全取代工业用天然金刚石,其用量占世界工业用金刚石消费量的90%以上(中国已达99%以上)

金刚石小晶体彩图

年,美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备,得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体,从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河,他们的年产量在20吨左右;不久,杜邦公司发明了爆炸法,利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温,也获得了几毫米大小的人造金刚石。

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金刚石(Diamond)的发展史(一)

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