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郑州千磨谈:人造金刚石的晶体结构以及其与天然金刚石存在的差异

关键词 金刚石|2023-04-23 09:22:06|技术信息|来源 超硬材料与磨料磨具
摘要 1、天然金刚石和人造金刚石有何差异?天然金刚石和人造金刚石的主要区别有下列5点。(1)溶剂不同:天然金刚石是从硅酸盐熔体中生长的,其中碳的溶解度较低,而人造金刚石则是从金属熔体中长...

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       1、天然金刚石和人造金刚石有何差异?

       天然金刚石和人造金刚石的主要区别有下列5点。

       (1)溶剂不同:天然金刚石是从硅酸盐熔体中生长的,其中碳的溶解度较低,而人造金刚石则是从金属熔体中长出来的,其中碳的溶解度比硅酸盐高得多;

       (2)天然金刚石的生长温度(估计1000~1300℃)比人造金刚石(1400℃以上)低;

       (3)人造金刚石生长时的过饱和度高于天然金刚石,因而无论如何都可以预测人造金刚石表面是较粗糙的,然而,实际所观察到的人造金刚石都显示出有一个光滑表面;

       (4)在人造金刚石晶体上观察到的生长螺线与天然金刚石上观察到的螺线不同,人造金刚石{100}面上的生长螺线是平行{111}的矩形,具有不平坦台阶,其高度通常超过几十纳米;

       (5)天然金刚石与人造金刚石之间的形态差异,以及理论预见的晶体形态与实际观察之间的差异,很可能是由于生长单元的大小不同所造成的。

       2、天然金刚石产品质量标准有哪些?

       金刚石作为装饰品是根据瑕疵杂质大小、多少、颜色等方面情况,来划分钻石的等级。作为工业用的金刚石可根据其杂质含量进行分类,亚类的划分主要依据杂质氮含量的差异。详见下表:

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I型和Ⅱ型金刚石

       3、何谓金刚石的解理面?

       晶体受力后最易分裂的面叫解理面。金刚石最好的解理面是与八面体面一致的面(见下图)。其次较常见到的解理面是与菱形十二面体面相一致的面。

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       金刚石沿(111)面网分裂(a)八面体; (b)八面体(111)面网解理面;

       4、金刚石的晶形是如何定义的?

       金刚石晶形可按外形分为:完整晶形、等积形、非等积形、连晶、聚晶等几种晶体形态。具体含义分述如下:

       (1)凡属下列情况的属完整晶形:①晶面、晶棱清晰,晶体生长饱满;②没有两个以上孪生或共生晶体;③允许有四分之一的缺角和晶面上有四分之一的蚀坑。这种晶体的金刚石晶形好、强度高、耐冲击,是最理想的切磨材料。

       (2)等积形:晶体长轴与短轴之比不超过1.5:1的为等积形。此类金刚石的质量不如完整晶体金刚石,其强度较低,但形状尚好。目前,在人造金刚石中此种类型占很大比例。

       (3)非等积形:晶体长轴与短轴之比超过1.5:1者为非等积形。此类金刚石质量差,形状不好,强度很低。

       (4)连晶:凡有两个以上共同晶面或晶棱的晶体及若干非完整晶体连生者为连晶。在使用时应将连晶破碎为单晶。

       (5)聚晶:许多微小的晶体无规则地聚合丛生称为聚晶体。此类金刚石质量差,抗压强度很低。

       5、人造金刚石的晶体结构是怎样的?

       人造金刚石是由石墨在超高温高压的条件下转变而得的,其组成元素为碳原子和少量杂质。金刚石是碳的一种结晶形态。当碳原子构成金刚石时,碳原子以4个等同的sp3杂化轨道相互成键,成为一个正四面体的结构,如下图所示。由sp3杂化轨道所形成的正四面体结构,既可以存在于立方晶系中,也可以存在于密排六方晶系中,所以金刚石具有立方金刚石和六方金刚石两种不同的晶体结构,常见的单晶体形态有六面体、八面体和菱形十二面体。

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人造金刚石的晶体结构

参考资料:

1、郑州千磨官网

2、超硬材料综合网

3、磨料磨具网

 

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