矿物中的硬骨头—金刚石

　　

　　矿物中的硬骨头—金刚石

　　鲁迅的《自嘲》诗：“横眉冷对千夫指，俯首甘为孺子牛。”体现了一种从身体里所散发出来的硬骨头精神，毛泽东主席评价其“骨头是最硬的，他没有丝毫的奴颜和媚骨”。其实在矿物世界中，也有一种被誉为“硬骨头”的矿物。正因为其“骨头硬”，它是制作研磨工具的最好材料；也正因为其“骨头硬”，才有了“钻石恒久远，一颗永流传”的这句家喻户晓的广告词。它就是金刚石。

　　金刚石的骨头到底有多“硬”？

　　金刚石素有“硬度之王”的美誉，它是自然界中天然存在最硬的矿物，其名称来源于希腊文“Adamas”，意为坚硬无敌。据资料显示：金刚石莫氏硬度为10，绝对硬度相当于石英（莫氏硬度7）的1000倍，是刚玉（莫氏硬度9）的150倍。金刚石的硬度非常之高，是其他矿物无法比拟的。大家知道，在生活常见的物质中钢铁是非常坚硬的，但是金刚石却比钢铁硬10倍之多。如果用人造金刚石做成的超硬质材料，再加工成特制的刀具用于机床中切削各种金属物品，就能够真正实现传说中的“削铁如泥”。

　　金刚石是碳在高温高压条件下形成的一种特殊的结晶体，属于典型的原子晶体，同时属于硬度最大的单质。熔点相当高，可达3550℃，沸点更是高达4827℃。它和石墨是同素异形体，但是他们的碳原子组成结构中的排列方式却截然不同，金刚石中的碳原子是紧密、整齐地排列的，形成十分稳定的立体结构。而石墨中的碳原子间结合力很小，很容易滑动，易变形，因此石墨的硬度远低于金刚石，但是石墨可以在高温、高压下形成特殊的人造金刚石。20世纪60年代，人工合成金刚石技术兴起。到现在，随着这项技术的日趋完善，人造金刚石几乎完全代替了天然金刚石。

　　它有啥“金刚钻”，能揽啥“瓷器活”？

　　有句至理名言，“没有金刚钻，别揽瓷器活”，意思是承担的工作要与工具和能力相匹配。各种不同的矿物因为其物理性质的不同而有不同的用途，因此，了解矿物的物理性质就好比知道它有啥“金刚钻”，从而给它安排相应的“瓷器活”。

　　自然界中纯净的金刚石是无色透明的，但是在其矿物化学组成中，总含有硅等多种杂质元素，以及碳水化合物。因此，我们常见到的金刚石是因含杂质而呈现出不同程度的绿、蓝、黄、褐、灰、乳白和紫色等，其透明度也会下降。根据金刚石中氮杂质含量和热、光、电学性质的不同，将金刚石分为I型和Ⅱ型两类。其中I型金刚石为常见类型，其含量可达天然金刚石的98%以上。含有一定量的氮杂质，具有较好的导热性，但导电性不佳。Ⅱ型金刚石极为罕见，不合或极少含有氮杂质，具有良好的导热性，唯有其Ⅱb亚型的金刚石具半导电性。当然高硬度还是各种金刚石最拿得出手的“金刚钻”。

　　正因为金刚石有上述物理性质，决定了它有极其重要的工业用途，能广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高新技术领域。因为“硬”，常用作轴承、刀具、钻具、研磨、拉丝模、硬度计压痕器、锯片、光学精密仪器、修整器及地质钻头等。另外，人造金刚石还可以应用于军事及航天领域，如导弹的激光制导、北斗导航卫星相控阵组件等等。此外，我们熟悉的挖掘机铲斗前面那一排长得像牙齿的“巨齿”，能挖地、抓挖地表岩石，非常坚硬，它就是金刚石加工而成的。工人师傅刻划玻璃时所用的小刀，锋利无比，它的刀片其实就是金刚石制品。所以说，金刚石及其制品在生活中无处不在，随着科学技术的发展，金刚石的用途将会越来越广泛，带给我们的便利也会越来越多。

　　铮铮铁骨的“硬汉”也有光鲜夺目的一面

　　在我们的认知中，硬汉和美女似乎不可能合为一体，但是在矿物界却可以有这样的融合。金刚石作为“铮铮铁骨的硬汉”可以化作轴承、刀具和研磨材料，而它在宝石界也是赫赫有名的“美女”，在聚光灯下光鲜夺目，成就了它的另一个名字——钻石。

　　钻石被广泛用于戒指、项链、耳环等饰品，珍贵且保值，是爱美人士的最佳选择。在公元前4世纪，印度人便开始了钻石交易。在古代社会，钻石是国家与王富贵族、达官显贵的财富、权势、地位的象征。法国国王路易九世甚至规定女性和非贵族是不被允许佩戴钻石的。

　　直到后来，法国国王查理七世废除这条禁令后，平民百姓才获得佩戴的权利。在现代社会，钻石因为稀少罕见而显得尤为珍贵，它代表了美丽和永恒，是恒久弥坚、忠贞不渝的爱情象征。1886年，蒂芙尼推出全球首款订婚戒指，钻石被巧妙地镶嵌于戒环之上，折射出绚丽夺目的光华，自此，全世界开始疯狂地迷恋这种婚姻习俗。钻石成为了求婚、订婚和结婚仪式与典礼中不可或缺的定情信物。后来，随着人们思想观念的转变，钻石渐渐地与爱情、婚姻松绑，成为人们平时工作、生活中佩戴的一种时尚首饰。

　　对于宝石而言，重量是经济评价的最重要因素，钻石的价值直接与重量相关。因此，重量越大的钻石价值越高，钻石颗粒愈大，愈珍贵。决定钻石价值的第二和第三个指标就是其颜值，包括颜色和纯净度两个方面。宝石级钻石，要求晶体完美，无色或色彩鲜艳，透明度高，无裂隙和杂质。所以钻石愈近无色，售价愈高；同样，越纯净、透明无瑕的钻石越昂贵。第四个评价指标是加工工艺，评定的内容包括钻石的对称性、加工光洁度和人工损伤等。因为钻石经切割和琢磨后能够提高自身的色散程度，而钻石的色散效果越好品质越佳。

　　金刚石虽然具有极高的工业用途和宝石价值，但金刚石的矿产资源还是相对匮乏，长期以来，由于探明储量少，可供开发利用的产地明显不足，金刚石一直是中国的短缺矿产资源。我国是世界上第二大钻石需求国和第一大工业钻石消费国，但金刚石资源短缺，长期依赖进口，目前仍处于供不应求的状况。因此合理利用和保护金刚石矿产资源，并通过科技不断开发其新的用途是未来的必由之路。相信这个诞生于地下高温，伴随着人类几千年文明的“硬骨头”必定会在人类社会发展中绽放更加灿烂的光芒。

　　

　　

　　                                                              摘自《地球》2023年2期

原文链接：http://zrzy.hebei.gov.cn/heb/gongk/gkml/kjxx/kpyd/10881608254718754816.html
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