石墨粉里“飛”出金剛石

　　提起鉆石，人們就會(huì)聯(lián)想到光彩奪目、閃爍耀眼的情景，它隨著擁有者的活動(dòng)而光芒四射。但因它的昂貴價(jià)格，大多數(shù)人只能望而卻步。盡管如此，人們對(duì)鉆石還是很向往的。

　　你知道鉆石是什么嗎？它的化學(xué)成分是碳(C)，天然的鉆石是由金剛石經(jīng)過(guò)琢磨后才能稱之謂“鉆石”。天然的鉆石是非常稀少的，世界上重量大于1000克拉(１克=５克拉)的鉆石只有２粒，400克拉以上的鉆石只有多粒，我國(guó)迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的金剛石重158.786克拉，這就是“常林鉆石”。物以稀為貴，正因?yàn)榭勺觥般@石“用的天然金剛石很 罕見(jiàn)，人們就想“人造“金剛石來(lái)代替它，這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--石墨了。

　　金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C)，科學(xué)家們稱之為“同質(zhì)多像變體”，也有人稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”，但“形”或“性”卻不同，且有天壤之別，金剛石是目前最硬的物質(zhì)，而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。大家都知道鉛筆芯就是用石墨粉和粘土配比而制成的，石墨粉多則軟，用“B“表示，粘土摻多了則硬，用“H”表示。礦物學(xué)家用摩氏硬度來(lái)表示相對(duì)硬度，金剛石為10，而石墨的摩氏硬度只有１。它們的硬度差別那么大，關(guān)鍵在于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的差異。 

　　石墨內(nèi)部的碳原子呈層狀排列，一個(gè)碳原子周圍只有3個(gè)碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的環(huán)狀，無(wú)限多的六邊形組成了一層。層與層之間聯(lián)系力非常弱，而層內(nèi)三個(gè)碳原子聯(lián)系很牢，因此受力后層間就很容易滑動(dòng)，這就是石墨很軟能寫字的原因。

　　金剛石內(nèi)部的碳原子呈“骨架”狀三維空間排列，一個(gè)碳原子周圍有4個(gè)碳原子相連，因此在三維空間形成了一個(gè)骨架狀，這種結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向聯(lián)系力均勻，聯(lián)結(jié)力很強(qiáng)，因此使金剛石具有高硬度的特性。

　　石墨和金剛石的硬度差別如此之大，但人們還是希望能用人工合成方法來(lái)獲取金剛石，因?yàn)樽匀唤缰惺��?碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳，不是那么容易的。十八世紀(jì)后期，人們就開(kāi)始尋找合成的途徑，直至本世紀(jì)中葉。1938年學(xué)者羅西尼通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，奠定了合成金剛石的理論基礎(chǔ)，算出要使石墨變成金剛石，至少要在15000個(gè)大氣壓、攝氏1500度的高溫條件下才可以，到50-60年代建成了能達(dá)到上述條件的儀器裝置。石墨在5-6萬(wàn)大氣壓（（5-6）×10³MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑，可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石。

　　目前世界上已有十幾個(gè)國(guó)家（包括我國(guó)）均合成出了金剛石。但這種金剛石因?yàn)轭w粒很細(xì)，主要用途是做磨料，用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當(dāng)前，世界金剛石的消費(fèi)中，80%的人造金剛石主要是用于工業(yè)，它的產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)天然金剛石的產(chǎn)量。

　　最初合成的金剛石顆粒呈黑色，0.5mm大小，重約0.1克拉（用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉）。現(xiàn)在我國(guó)研制的大顆粒金剛石達(dá)3mm以上，美國(guó)、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說(shuō)金剛石已從石墨中“飛”出，寶石級(jí)的人造金剛石也會(huì)在不久的將來(lái)供應(yīng)于市場(chǎng)。

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