从最软到最硬 看石墨如何合成金刚石

2012-10-26 21:16:49 admin 540
金刚石和石墨的化学成分都是碳(C),科学家们称之为“同质多像变体”,也有人称“同素异形体”。从这种称号可以晓得它们具有一样的“质”,但“形”或 “性”却不一样,且有大相径庭,金刚石是当时最硬的物质,而石墨却是最软的物质之一。咱们都晓得铅笔芯就是用石墨粉和粘土配比而制成的,石墨粉多则软,用 “B“表明,粘土掺多了则硬,用“H”表明。矿物学家用摩氏硬度来表明相对硬度,金刚石为10,而石墨的摩氏硬度只要1。它们的硬度不同那么大,关键在于 它们的内部布局有很大的差异。

    石墨内部的碳原子呈层状摆放,一个碳原子周围只要3个碳原子与其相连,碳与碳组成了六边形的环状,无限多的六边形组成了一层。层与层之间联络力十分弱,而层内三个碳原子联络很牢,因而受力后层间就很简单滑动,这就是石墨很软能写字的缘由。

    金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间摆放,一个碳原子周围有4个碳原子相连,因而在三维空间形成了一个骨架状,这种布局在各个方向联络力均匀,联合力很强,因而使金刚石具有高硬度的特性。

   石墨和金刚石的硬度不同如此之大,但大家仍是期望能用人工组成方法来获取金刚石,由于自然界中石墨(碳)藏量是很丰厚的。可是要使石墨中的碳变成金刚石那 样摆放的碳,不是那么简单的。十八世纪后期,大家就开端寻觅组成的方法,直至本世纪中叶。1938年专家罗西尼经过热力学核算,奠定了组成金刚石的理论基 础,算出要使石墨变成金刚石,至少要在15000个大气压、摄氏1500度的高温条件下才可以,到50-60时代建成了能到达上述条件的仪器设备。石墨在 5-6万大气压((5-6)×103MPa)及摄氏1000至2000度高温下,再用金属铁、钴、镍等做催化剂,可使石墨转变成金刚石。

    当时国际上已有十几个国家(包罗我国)均组成出了金刚石。但这种金刚石由于颗粒很细,主要用途是做磨料,用于切削和地质、石油的钻井用的钻头。当时,国际金刚石的消耗中,80%的人工金刚石主要是用于工业,它的产值也远远超越天然金刚石的产值。

   开始组成的金刚石颗粒呈黑色,0.5mm巨细,重约0.1克拉(用于宝石的金刚石通常最小不能小于0.1克拉)。如今我国研发的大颗粒金刚石达3mm以 上,美国、日本等已制成6.1克拉多的金刚石。咱们说金刚石已从石墨中“飞”出,宝石级的人工金刚石也会在不久的将来供应于商场。石墨乳

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