钻石的结构及晶体特征

1、第三章 钻石的结构及晶体特征,本 章 要 目,一、钻石的结构,二、钻石晶体特征,钻石成分为碳，组成钻石的碳元素原子量为12，由6个中子和6个质子组成原子核，原子核带正电，6个核外电子带负电，按一定的电子轨道围绕原子核做自旋运动,第一节 钻石的结构,一、碳的原子结构,碳原子结构图,第一层K层可以充填2个电子,第二层L层最多可以充填8 个电子,碳原子为6个电子，K层为2个, L层为4个,因此有四个空位,任意一个碳原子与其他四 个碳原子组合， 其他四个 碳原子各提供一个外层电 子与之共用，外层电子数 达到8个, 形成共用的电子 对即共价键,共价键:原子彼此间共用电子,二、钻石中的碳原子结构,形成一个

2、钻石晶胞，四个角的碳 原子也成为其它四面体晶胞的一 部分,碳原子的四面体示意图,每个碳原子就有4个共价键, 组成了具有四个角相等的正四面体,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,钻石单位晶胞：立方面心格子,立方面心格子，C 原子占据立方体的一半角顶，六个面的中心以及相间排列的小立方体中心,晶胞,钻石的晶体结构可以视为以角顶相连接的四面体结合, 规则重复和三维排列,三、钻石晶体结构,晶胞组成的立方体、八 面体、菱形十二面体晶形,由四面体组成的钻石, 常见有立方体、八面体、菱形十二面体晶体,四、碳的同质多象体,同质多象变体,相同的化学物

3、质,不同的晶体结构,不同的物理性质。许多物质以两种以上可相互替换的晶体结构存在。如钻石、石墨,钻石和石墨的化学成分都是碳，但因为他们形成的温度和压力不同，导致两者的晶体结构及物理性质不同,石墨的晶体结构,石墨是碳的另一种单质晶体, 碳原子与邻近的三个碳原子形成共价单键，排列成六角平面的网状结构,呈互相平行的层状结构,由于原子结构不同，形成两种性质完全不同的物质, 将钻石和石墨称为碳元素的同质异体或同质多象,钻石与石墨晶体结构对比,钻石属六方晶系，碳原子为等间距的结构（C-C健长0.154nm），原子间结合牢固；石墨属六方晶系，碳原子形成牢固的六方环形状网的极薄层。环中的原子间距为0.142nm

4、，而层间原子间距为0.335nm,钻石与石墨的主要物理性质对比,第二节 钻石晶体特征,一、钻石晶体形态,钻石的晶体形态为单晶、聚形、双晶及平行生长和多重生长,理想的晶体，面平棱直，同一单形晶面同形等大,实际晶体与理想的晶体有很大的差异，形态不规则 的钻石晶体占了绝大多数,形态不规则的钻石晶体的形成原因,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解,构造应力或机械破碎作用,形态不规则的钻石晶体表现为,歪斜的八面体,破碎的晶体碎块,曲面晶体、晶棱圆滑的四六面体,钻石 以八面体与菱形十二面体最为常见，其它单形有立方 体、四六面体、四角三八面体等，罕见的是四面体,菱形十二面体晶体,八面体晶体

5、,1、单体,立方体晶体,八面体晶体,菱形十二面体,由二个或更多的单形晶体组成，钻石中八面体与菱形十二面体的聚形多见,合成钻石八面体和立方体的聚形,八面体与菱形十二面体钻石聚形,2、聚形,合成钻石立方体与八面体的聚形多见，很少见到菱形十二面体,3、双晶,两个或两个以上单晶按一定的对称方式生长在一起，形成的规则连生 , 分为接触双晶和穿插双晶,八面体晶体,双晶八面体,1) 接触双晶,以个体平面相接而连生,三角薄片接触双晶,四面体构成的穿插双晶,穿插双晶是由 个体相互穿插 而成,2) 穿插双晶,同种晶体彼此平行地连生在一起, 连生的晶体与相对应晶面和晶棱相互平行,菱形十二面体平行连生晶体,八面体平行

6、连生晶体,4、平行连生,6、聚晶,许多独立晶体聚结生长，这类钻石主要用于工业,5、多重生长,当一个晶体具有由两个或更多个晶体以互不关联的角度相互穿插而不是平行生长到一起时称为多重生长。这不是一种双晶类型,二、钻石的生长特征,1、三角凹痕与三角座,生长阶梯,2、生长阶梯,钻石成层生长时所留下, 层状阶梯称为生长阶梯， 它的边与八面体面的棱 平行,钻石在生长过程中形成, 在表面或内部留下与结构有 关的一条或多条痕迹,3、纹理,八面体纹理示意图,平行于斜边有三个纹理方向, 在八面体原石上可以见到许 多三角形状的生长纹理,2）八面体,1）立方体面,平行于侧边有两个纹理方向,立方体面纹理示意图,在十二面

7、体晶体上，纹理平行菱面体长轴方向，只有一个纹理方向,十二面体纹理示意图,3）十二面体晶体,指两个晶面的接合处 形成的凹角，凹角大 于180,在三角薄片双角中, 纹理方向发生改变的地方称为结节, 结节对于钻石加工来讲会产生困难,4、结节,凹角顶端的纹理，形 似青鱼骨刺纹，故称为青鱼骨刺纹,5、凹角和青鱼骨刺纹,表面粗糙呈糖状 的壳，壳皮厚薄 不一，有的薄如 纸，通常是钻石 所含的许多微细 杂质构成,带 壳 的 钻 石,三、特殊的钻石原石,1 、带壳钻石,壳层呈黄色、绿色、灰色及黑色,表面有一极薄的半透明的无光泽表层，呈暗淡或糖状, 由于搬运过程中被磨蚀或金伯利岩岩浆熔蚀所致,在钻石的裂隙中充填氧化铁、锰质所致。氢氟酸中煮沸 可以除去杂色,2、 烟雾钻石,3、氧化钻石,由奶白色或钢灰色细小钻石晶体的集合体，非常硬，产于南非和巴西,劣等钻石多为多晶质集合体。可分为许多种类,多孔、杂乱排列的细小黑