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天然金刚石的工艺特性以及用途

发布时间:[2016-03-28] 点击次数:0

天然金刚石也叫金刚钻,是一种由碳元素组成的矿物,是目前地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质。然而金刚石的用途也是非常广泛的,例如:工艺品、工业中的切割工具等。

金刚石的工艺特性有很多,因此用途也多:

(1) 力学性质

硬度:金刚石是目前已知自然界中最硬的物质,其相对硬度(莫氏硬度)为10,显微硬度(正方锥压入法)为98588MPa。金刚石绝对硬度是石英的1000倍,是刚玉的150倍。金刚石的产地、矿床、颜色不同,其硬度不同。同一金刚石不同晶面上硬度也不同。

脆性:金刚石虽然很硬,但性脆,在一定的冲击力下会沿晶形解理面裂开。金刚石的脆性与晶体的内应力、裂缝及其它缺陷有关。晶体的内应力愈大,具有裂缝和其它缺点的晶体,在较低的冲击下就能被劈开。

密度:金刚石的密度一般为3.47~3.56g/cm3,质纯、结晶完好的金刚石密度为3.52g/cm3。金刚石的颜色不同,晶体中包裹体的种类和数量不同,密度也不同。

解理:金刚石具有平行(111)面的中等解理和平行(110)、(221)面的不完全解理。

断口:金刚石的断口具有很复杂的结构,但常以贝壳状或参差状为特征。

(2) 光学性质

颜色:纯净的金刚石无色,但比较少见。多呈不同颜色,如黄色、绿色、棕色、玫瑰色、蓝色、灰色、黑色等。金刚石的颜色与所含杂质及结构缺陷有关。

光泽:金刚石常具有金刚光泽,但少数为油脂光泽、玻璃光泽,甚至无光泽。这是由于长期的化学腐蚀、射线影响、外来物质侵入以及表面为其它物质覆盖等所致。

透明度:纯净的金刚石晶体是透明的,但有些金刚石为半透明,甚至不透明。

折光率:纯净者达2.40~2.48,在透明矿物中折光率最高。折光率愈高,对光的反射力愈强。经过特殊设计和加工的金刚石,可以把射入各个面和射入内部的光线几乎全部反射出去。

色散性:金刚石具有高度的色散性,其色散系数达0.063,也是透明矿物中的最大者。色散系数愈大,分光效果愈好。当一束白光射入琢磨好的金刚石中时,因色散效应,可分成不同颜色的光,使得金刚石光彩夺目。

异常干涉色:等轴晶系矿物在正交偏光镜下的干涉色应为黑色,但很多金刚石呈异常干涉色,如灰色、黄色、粉红色、褐色等。

发光性:金刚石在阴极射线下发鲜明的绿色、天蓝色、蓝色荧光;在X射线下发中等亮度或较微弱的天蓝色荧光;在紫外线下发鲜明或中等亮度的天蓝色、紫色、黄绿色荧光;日光曝晒后在暗室里发淡青蓝色磷光。

(3) 热学性质

热导率:金刚石是较好的热良导体,其热导率不等,一般为138.16W/(m.K)。Ⅱa型金刚石热导性特别好,在液氮温度下为铜的25倍,室温下为铜的5倍,具有超导热性。

热膨胀性:金刚石在低温时线膨胀系数极小,随温度升高线膨胀系数迅速增大。

耐热性:金刚石在纯氧中燃点为720~800℃,在空气中燃点为850~1000℃,在纯氧中2000~3000℃转化为石墨。金刚石燃烧时火焰呈蓝色。

(4) 磁电性能

磁性:纯净的金刚石为非磁性,当含有磁性包裹体时具有一定磁性。

电导率:一般情况下,金刚石是电的不良导体,电导率小,为0.211×10-14  ~0.309×10-13S/m。随着温度的升高,电导率有所增大。2b型金刚石具有良好的半导体性能。

光电导性:当用波长为2100×10-7~3000×10-7mm的紫外线照射金刚石时,发现金刚石中有光电流。当用红外线和紫外线同时照射时,其光电流增大近2倍。在同样情况下Ⅱ型金刚石的光电流比Ⅰ型金刚石大若干数量级。

介电常数:金刚石的相对介电常数在15℃时为16~16.5,其数据随测定时的电场强度、频率和室温而异。

摩擦电性:金刚石与玻璃、硬橡胶、有机玻璃表面摩擦时均产生摩擦电荷。摩擦电荷的符号为正,大小随摩擦时间而异。当摩擦时间60s时,摩擦电荷约为+3×10-9~10×10-9C

(5) 表面性质

金刚石表面具有较强的亲油性,其新鲜表面润湿接触角为80~120°。自然界中的金刚石表面往往被污染,因而润湿触角变小。

(6) 化学性质

金刚石具有很好的化学稳定性,耐酸、耐碱,高温下也不与浓的HFHCIHNO3反应。只有在NaCO3KNO3的熔融体中,或与K2Cr2O7H2SO4的混合物一起煮沸时,表面才稍微有氧化。

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