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鉆石也叫金剛石，這種礦物的主要成分是碳元素，它的特殊結(jié)構(gòu)讓其非常堅(jiān)硬，加工難度大，具有硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，韌性差等特點(diǎn)，鉆石的單位叫克拉（Ct），1克拉等于0.2克。
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古代，在鉆石還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)時(shí)，人類的各大古代文明都有自己的寶石，如中國(guó)古代就將玉石作為寶石，歐洲人將琥珀作為寶石，還有的將祖母綠作為寶石。 - n) y! ~; I5 ?7 |
直到2500年前，有人在印度河流中撿到了鉆石的原礦石，人們發(fā)現(xiàn)這種石頭非常堅(jiān)硬，可以切割打磨任何物體，由于其非常難得，將它視為權(quán)力和地位的象征。 到18世紀(jì)，經(jīng)過(guò)加工后的鉆石出現(xiàn)在最高統(tǒng)治者的權(quán)杖和皇冠上。 隨著鉆石的原礦石礦藏在非洲被發(fā)現(xiàn)，鉆石的數(shù)量開始增多，就已不再只有統(tǒng)治者才能擁有，它也變成了財(cái)富的象征。
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鉆石號(hào)稱世界上最硬的天然物質(zhì)，硬度是鐵的2倍多，那么用鐵錘去砸鉆石會(huì)是什么結(jié)果嘞，結(jié)果是鐵錘會(huì)將鉆石砸碎，鉆石不是最硬的物質(zhì)嗎？怎么干不過(guò)鐵錘啊。 " j! o4 k; C& x- A
這是鉆石的特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的，鉆石的原子晶體結(jié)合力很強(qiáng)，這就是它堅(jiān)硬的原因，但在天然形成的過(guò)程中也會(huì)有一些錯(cuò)位，滑移，雜質(zhì)等缺陷，這么強(qiáng)的組合當(dāng)受到外力沖擊時(shí)，就會(huì)自身不變形將這個(gè)外力層層傳遞下去，這個(gè)沖擊力在某些缺陷部位造成結(jié)構(gòu)性破壞，這個(gè)結(jié)構(gòu)破壞會(huì)沿著一個(gè)面?zhèn)鬟f下去，從而使整個(gè)鉆石裂開。 - ~9 O' c( _+ J6 a
雖然鉆石的硬度是最高的，但是它的韌性（脆性）卻很低，也就是物體抗破裂能力很差，一個(gè)物體韌性越高就越不容易破裂，而鉆石的韌性與玻璃幾乎一樣，這也就是鉆石容易被砸碎的原因之一。
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在地球內(nèi)部100~300公里處，壓力為4500~6000兆帕，溫度1000~1500攝氏度，這個(gè)環(huán)境是高溫高壓，猶如一個(gè)煉爐般的過(guò)程中，由碳元素組成的結(jié)晶體經(jīng)過(guò)數(shù)億年，最后形成了天然鉆石，再由火山噴發(fā)將其帶到地表，這就是天然鉆石的形成過(guò)程。 7 |' k6 x; w. z( u9 R6 ?. @6 L% S
人造鉆石又叫它培育鉆石，是模擬天然鉆石結(jié)晶的過(guò)程而生產(chǎn)出來(lái)的鉆石；有兩種鉆石生長(zhǎng)法。高溫高壓法（HPHT）只能做小顆粒鉆石，具有成本低，純度低等特點(diǎn)，這種鉆石處于中低端，作為工業(yè)用途，如用來(lái)制造鉆頭，刀具等； ' z/ Z% N0 w! d8 d
化學(xué)氣體沉積法（CVD）能做大顆粒鉆石，具有成本高，純度高等特點(diǎn)，這種方法制造的鉆石能達(dá)到高級(jí)鉆石的顏色和純凈度 0 A4 A, }: E" O C3 _
: |9 x* C: H: t e, \1 t- ?) R# P圖片來(lái)源：pixabay
]$ F3 a8 r6 C0 U化學(xué)氣體沉淀法
! a6 B0 h& E" A, F& f" |( ]% M首先用激光從人造鉆石或天然鉆石上削下細(xì)小的薄片，這塊薄片就好比是人造鉆石的種子，激光會(huì)讓鉆石薄片變黑，還要對(duì)這塊鉆石薄片拋光，在鉆石薄片周圍涂上樹脂和化學(xué)劑，讓鉆石薄片完全固定在鋼塊上。
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將固定有鉆石薄片的鋼塊旋接在螺紋桿上，放入帶有鉆石顆粒的轉(zhuǎn)輪上，讓鉆石薄片與鉆石顆粒接觸，轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生摩擦力，鉆石是最堅(jiān)硬的礦物，只有其它鉆石能有效拋光鉆石，前后差別非常驚人，鉆石薄片表面會(huì)變得晶瑩剔透。
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! ]: O# d0 U3 h3 J8 I6 s現(xiàn)在就可以開始培養(yǎng)了，用夾子將鉆石薄片放在特制的金屬底座上，它們之間留有生長(zhǎng)所需的足夠空間。 & t- h( k$ E0 k- X3 L
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6 X; T9 j' Y+ k# z9 J用金屬箱蓋住它們，注入氫氣和甲烷氣體，機(jī)器內(nèi)會(huì)增加壓力，還將鉆石薄片加熱到1千攝氏度以上，甲烷會(huì)分解出碳原子，形成等離子體降落在鉆石薄片上，沉淀結(jié)晶幫助它們長(zhǎng)大。 5 W5 i; `4 q( Y7 h( V! C
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鉆石能以每小時(shí)0.006毫米的速度生長(zhǎng)，兩天時(shí)間就能獲得周圍包裹著石墨的鉆石。
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1 L' m( M3 f% L3 j+ b4 \) |" u但這些粗糙的鉆石還需要加工才能發(fā)出光芒，在尖頭鋼棒上涂上樹脂，將人造鉆石粘在樹脂上，通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)激光會(huì)切削修整每個(gè)面，讓人造鉆石變得晶瑩剔透。 $ i; Z( r0 V$ T/ @& x! G
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通過(guò)放大鏡檢查品質(zhì)，還要放入另一個(gè)拋光轉(zhuǎn)輪將鉆石修剪成經(jīng)典的鉆石形狀，就會(huì)讓鉆石更加閃亮奪目。 + I% Q& i) |( G
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3 _) P1 Q$ @; P9 F' V高溫高壓法
: w5 ]& P8 X& r5 p0 ?6 T x這種方法也需要用鉆石薄片作為人造鉆石的種子，再將提純后的碳元素金剛石粉，起催化作用的鎳鐵，和鉆石種子裝入生長(zhǎng)艙中。
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2 K! o: q1 N" q4 N: r將生長(zhǎng)艙放入一臺(tái)分球式頂壓機(jī)中，啟動(dòng)時(shí)頂壓機(jī)產(chǎn)生5000~6000兆帕的高壓，通過(guò)導(dǎo)電讓生長(zhǎng)艙上的加熱棒加溫，讓生長(zhǎng)艙內(nèi)的溫度達(dá)到1200攝氏度以上，還要讓生長(zhǎng)艙內(nèi)上下有20~50攝氏度的溫差，金剛石粉將熔化成移動(dòng)的碳原子，高溫區(qū)的碳原子會(huì)向低溫區(qū)擴(kuò)散，不斷沉積在鉆石種子上，經(jīng)過(guò)一周就能生長(zhǎng)出一顆人造鉆石。
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; o! f5 x& {3 M: R4 ~6 }- {人造鉆石也是真實(shí)的鉆石，成分及性質(zhì)和天然鉆石都一模一樣，兩者之間只有通過(guò)特殊的儀器才能區(qū)分，比如在陰極發(fā)光儀下人造鉆石的生長(zhǎng)呈多邊幾何狀，而天然鉆石會(huì)呈環(huán)帶狀。 8 P# Y' x# @: i- k* E* U0 `
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目前中國(guó)是世界上人造鉆石的主要生產(chǎn)國(guó)，從工業(yè)級(jí)人造鉆石到高品質(zhì)的寶石級(jí)鉆石，從幾克拉到幾十克拉都能人工培育，人造鉆石的價(jià)格比天然鉆便宜40%左右，也許人造鉆石有一天真的會(huì)像養(yǎng)殖珍珠般發(fā)展。 5 [" e" |: N, }9 D$ r
人造鉆石不僅可以用作各種珠寶，通訊，半導(dǎo)體等行業(yè)上，更重要的是科學(xué)家可以利用這些物理化學(xué)性質(zhì)，隨溫度壓力而產(chǎn)生的變化，作為探索地球內(nèi)部的研究基礎(chǔ)。
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發(fā)表于 2022-11-15 09:55:40
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