工程材料的应用.doc

工程材料的应用工程材料之金刚石编者：王成 摘要：金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。关键词：金刚石，产地，构造金刚石的化学式C-N个C,金刚石是原子晶体,一块金刚石是一个巨分子，N个C的聚合体。只能用它的元素符号加注释来表示C(金刚石).1雨林石就是我们常说的金刚石 ,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。还被作为很多精密仪器的部件。金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为特佳。它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明。多数金刚石大多带些黄色。金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。金伯利岩等是它们的原生地岩石，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到1000时，它会缓慢地变成石墨。金刚石与石墨同属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有“硬度之王”和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。上个世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功制造出人造金刚石。现在人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，虽然造出大颗粒的金刚石还很困难（所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城），但是已经可以制成了金刚石的薄膜。中国也拥有制造金刚石的技术，但最大也不过0.2克拉左右。引用亚洲宝石协会（GIG）报告：金刚石的化学成分为C，与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中，总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素，并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为154pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。金刚石的硬度是刚玉的4倍，石英的8倍。详细绝对硬度如下：金刚石10000-2500刚玉2500-2100石英1550-1200。矿物性脆，贝壳状或参差状断口，在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开，具有平行八面体的中等或完全解理，平行十二面体的不完全解理。矿物质纯，密度一般为3 470-3 金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量，极纯净者无色，一般多呈不同程度的黄、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等；纯净者透明，含杂质的半透明或不透明；在阴极射线、X射线和紫外线下，会发出不同的绿色、天蓝、紫色、黄绿色等色的荧光；在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光；金刚光泽，少数油脂或金属光泽，高折射率，一般为2.40-2.48。金刚石的热导率一般为136.16w/（mk），其中a型金刚石热导率极高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降，如在室温时为铜的5倍；比热容随温度上升而增加，如在-106时为399.84J/（kgk），107时为472.27J/（kgk）；热膨胀系数极小，随温度上升 而增高，如在-38.8时为0，0时为5.610-7；在纯氧中燃点为720800，在空气中为850-1 000，在绝氧下2 000-3 000转变为石墨。金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓HF、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯b型金刚石具良好的半导体性能。根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为型和型两类，并进一步细分为a、b、a、b四个亚类。型金刚石，特别是a亚型，为常见的普通金刚石，约占天然金刚石总量的98%。型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具良好的导热性和曲面晶体的特点。b亚型金刚石具半导电性。由于型金刚石的性能优异，因此多用于空间技术和尖端工业。1977年12月21日，在山东省临沭县常林大队，女社员魏振芳发现1颗重158.786克拉的优质巨钻-中国最大的金刚石。（约鸡蛋黄大小，右图）。世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石都超过3100克拉（1克拉=200毫克）。其中宝石级金刚石的尺寸为106.55厘米，名叫“库利南”，1905年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石，重158.786克拉，1977年发现于山东临沭县，列为世界名钻。世界金刚石主要产地有澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。金刚石锯片是一种切割工具,广泛应用于石材,陶瓷等硬脆材料的加工.金刚石锯片主要由两部分组成;基体与刀头.基体是粘结刀头的主要支撑部分,而刀头则是在使用过程中起切割的部分,刀头会在使用中而不断地消耗掉,而基体则不会,刀头之所以能起切割的作用是因为其中含有金刚石,金刚石作为目前最硬的物质,它在刀头中摩擦切割被加工对象.而金刚石颗粒则由金属包裹在刀头内部现今世界通用的钻石评价四大要素是重量、颜色、净度和切工，简称“4C”标准。 金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。金刚石还被作为很多精密仪器的部件。金刚石与石墨同属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有“硬度之王”和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。习惯上人们常将加工过的称为钻石，而未加工过的称为金刚石。工业用金刚石常用作刀具、钻具、研磨、轴承、拉丝模、硬度计压痕器、锯片、光学精密仪器及修整器等。中国工业用金刚石的主要用项是石材加工、地质和石油钻头、磨料和修正砂轮、刀具等。 二十世纪七十年代，现代尖端科学技术领域的许多产品，如用于航空工业的陀螺仪、激光器中的金属反射镜，雷达的波导管内腔，激光打印机中的多面棱镜，录像机磁头、复印机硒鼓、计算机磁盘基片以及太空望远镜中的大型反射镜等，都要求得到超光滑的加工表面和高的加工精度。在现实需求的推动下，在已有的金刚石车削技术基础上，天然金刚石刀具超精密镜面切削技术得到迅速发展.当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。文艺复兴时期，用金刚石粉末制成的慢性毒药曾流行在意大利豪门之间。钻石分为一型和二型两种，这主要是根据它是否含有N元素：一型含；二型不含。而蓝色的钻石是二B型的，是半导体。 型金刚石所具有的优异的光学、热学、电学性能，在光学、电子、原子能、空间技术、高能物理及医学等多种领域中起到不可取代的作用，特别在高新精尖技术领域得到愈益深入的研究和广泛的应用。例如：利用其导热性，制做超级热沉材料；利用其透光性，制作各种窗口材料，如作高功率激光器窗