钻石结构及性质

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1、Cha.2钻石的结构及物理性质目的及要求：掌握1.钻石的基本结构单元2.与钻石相关的重要名词及术语3.重要物理性质及意义一、钻石的基本结构1．碳原子结构C外层6个电子，C6原子核外电子排列遵从系列规则：层：K.L.M.N.O等亚层：s.p.d.f等相对应轨道：1、3、5、7等轨道数，每一轨道容纳自旋方向相反的两个电子。电子排列基态：1S22S22P2第一激发态：1S22S12P32．C原子的晶体结构为保证外层8个电子的稳定结构，C原子具有4个共用电子对。C原子的规则排列形成下列三种结构：a.石墨：六方晶系，由六方环构成的层状结构层内C连结牢固C-C：0.142nm层间C-C

2、：0.335nm是层内的2.5倍由微弱的VanderWalls力结合是作铅笔、润滑剂的重要原因b．六方钻石——Lonsdaleite六方晶系，钻石罕见的多形变体，与钻石相似的RI&S.G。形成原因：1.天然极高压条件，如陨石中2.人工合成，美国GE公司同质多象：相同的化学成分，不同的晶体结构和物理性质的晶体。c．钻石的结构：等轴晶系：每个C原子周围4个C原子组成共价健，C原子间等间距排列C-C键长为0.154nm，原子间结合牢固。基本单元结构：立方面心格子，C原子占据立方体的角顶，面中心以及相间排列的小立方体中心。（晶体的其它格子类型：底心、体心、面心、原始格子）钻石单位晶胞：立

3、方面心格子钻石重要性质如：高导热性、高硬度、高相对密度、高透明度、强的化学稳定性、润湿性、导电性及优良的光学性质等均由其成分和结构决定。二、钻石的形态：晶体：内部原子具有规则排列的固体，内部的有序排列导致外部一定的几何形态。1．单形：由同形等大的面围成的封闭图形钻石常见单形有：立方体、八面体、菱形十二面体其他单形有：四六面体，24四角三八面体，24三角三八面体，24六八面体，48罕见的单形：四面体，——具研究意义2．聚形：两个或两个以上多个单形按一定的对称规律聚合在一起的图形。钻石常见聚形有：如立方——八面体，立方——菱形十二面体，八面体——菱形十二面体，立方-八面体-菱形十二面

4、体聚形等。钻石结晶习性：钻石经常产出的晶体形态，常见为八面体，菱形十二面体和立方体等。3．双晶：两个单体或多个单体按一定的对称方式结合在一起，彼此间有结晶学关系（成核时即形成双晶）。 常见的双晶有：接触双晶、穿插双晶钻石常出现的双晶为接触双晶，又称：Macle——三角薄片双晶典型的扁平状三角形外观，双晶结合面处环绕钻石有青鱼骨刺状的纹理，结节：三角薄片双晶中，纹理方向发生变化处一即双晶结合面位置，对加工时抛磨方向的确定有重要影响。4．钻石的不规则形态常表现为：形状不规则、晶体破裂、晶面不平整、晶棱圆滑，晶面发育蚀像等。主要原因有：生长速度或生长空间受到限制原始晶体受到岩浆熔蚀或溶

5、解构造应力或机械破碎作用三、与钻石相关的重要名词1．纹理：在钻石生长过程中形成的、表面或内部所见到的与结构有关的一条或多条线。意义：a.鉴定钻石原石；b.帮助加工定向，劈开时沿着纹理方向，锯开或抛磨时垂直纹理方向；c.影响钻石的净度级别。2．三角凹痕及三角座三角凹痕：天然钻石的八面体面上因溶蚀而形成的三角形凹坑；常为等边三角形，其角顶指向边棱方向。三角座：八面体面上出现的凸起的三角形，方向与主晶面三角形一致，主要由生长所致。3．带壳钻石：钻石具有粗糙的糖状表面，常呈黄、绿、灰、黑等颜色，该壳由含有大量微小包裹体的钻石所构成，厚薄不同，其内通常高品质钻石。用强光或开窗观察评价。4．烟

6、幕钻石：钻石表面具有微薄的半透明、光泽较弱的表皮。成因：由搬运磨蚀所致或形成于金伯利岩喷发时期（岩浆熔蚀）。5．氧化钻石钻石发育大量的微裂隙，其内含有铁质氧化物，常表现为橙黄色或橙红色。6．劣等钻石：仅用于磨料级的低品质钻石黑钻石：多孔的、杂孔排列的黑色细小钻石集合体，硬度大，巴西产。磁性钻石：含磁铁矿的黑钻石，具磁性。工业级钻石又分许多类型：拉丝模、刀具、硬度计、磨料等。四、钻石的基本物理性质1．解理：外力作用下，晶体沿结晶薄弱的方向裂开成平整、光滑平面的性质。（不同的宝石解理的组数及完善程度不等）钻石：八面体解理，4组，完全原因：晶体中不同的面网的密度不同，某些面跨接的键比

7、其它面少，晶体该方向较脆弱，易产生解理。2．导电性：△天然Ⅱb型蓝色钻石——具导电性，其它均为绝缘体。原因：Ⅱb型钻石含B原子，外层为3个价电子，与碳原子结合时产生一个空穴，B含量增加时，空穴增多，碳原子在室温下可电离，电子可充填空穴，产生导电性；同时电子在不同能级间运动可吸收部分可见光，由此产生蓝色。应用：区分天然蓝色钻石与辐照处理蓝色钻石，后者不具导电性。3．硬度原因：结构中无自由电子，无未结合的键（即使是表面也极少），C--C原子间间距短,共价键力强