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                  普通磨具金剛石的性質
                  2013/8/4  -

                  二、金剛石的性質 
                  (一)金剛石的晶體形態 
                  金剛石分類天然金剛石和人造金剛石。金剛石具有一系列獨特的性質。對金剛石的物理性能的研究還在探索中。按某些物理性質的不同將金剛石分為Ⅰ型和Ⅱ型。每一類型又分成兩種亞型,即Ⅰa、Ⅰb和Ⅱa、Ⅱb。在涉及金剛石物理性質的研究文獻中,都說明研究的金剛石屬于哪一類型。 
                  在天然金剛石研究中金剛石屬于立方晶系,是具有格子構造的晶體。有的金剛石是生長很完整的單晶體,有的是結晶顆粒和許多連生晶體的聚集—集合體。根據金剛石出現的晶體形態和內部構造,可將金剛石晶體分為單晶體和連生體。天然金剛石晶體形態常見的結晶形狀為八面體,而菱形十二面體少見、立方體更少見。也有凸八面體、凸十二面體。凸六面體及其聚形。集合體比形狀規則的單晶常見。曲面體要比平面晶體多。就晶體形態而言,人造金剛石與天然金剛石相比,其特點是有清晰的晶棱及頂角、晶面較平整。下面是天然金剛石晶體形態分類。 
                    
                  (二)金剛石的化學組成 
                     在各類金剛石晶體中間和粗晶中間,碳的同位素是相近的。在金剛石單晶體中間C12/C13值變動在很窄的范圍內。碳是組成金剛石的主要元素。研究表明金剛石含有N的雜質,B、Fe、Ca、Mg、Ti、Si等元素亦存在。在天然的和人造金剛石中滲硼后被染成藍色并變成半導體。在工型金剛石中氮的含量達0.25%,在Ⅰ型金剛石中氮的濃度不高于0.001%。在Ⅰa型金剛石中,氮以小片狀體存在其晶體中,這些片狀體影響了紫外線和紅外光譜的吸收光,降低了熱導率等物理性質;Ⅰb型金剛石中含氮較少。在Ⅱa型金剛石中,雜質氮以自由狀態存在,它導致金剛石具有特別的解理性質,光學性質及熱學性質。在人造金剛石中,經順磁共振分析,同樣發現含有氮雜質。氮是金剛石中的主要雜質。Ⅰ型金剛石也稱為含氮的金剛石,氮對金剛石的物理性質和晶體結構有很大的影響。由于Ⅱ型金剛石中含氮量小,也稱為“無氮的”金剛石。在金剛石研究發現,雜質常沿晶體的結稱軸排列,它們的形成從晶體生長點開始向晶體頂端散布開去的射線或線、雜質除線狀分散外,還有薄片狀、桿狀、扁盤狀或較大的不規則顆粒狀雜質。 
                  (三)金剛石在純氧中,700~780℃可燃燒;在空氣中不斷加熱至850~1000℃時,即可燃燒。在真空中,800~1700℃僅在結晶表面的薄層有石墨化,內部無變化;在惰性氣體中,約1700℃高溫下,整個晶體迅速石墨化,形成石墨粉末。人造金剛石在大氣條件下,氧化溫度在740~838℃之間,金剛石氧化主要取決于晶體的完整程度。結晶完整的人造金剛石晶體氧化溫度高,非完整的晶體氧化溫度低。 
                  金剛石與各類酸作用時,均沒有任何化學反應,具有特殊的化學穩定性,只是在與鎢、鉭、鋯等碳化物形成劑,在高溫下,它們將與金剛石起化學反應,以形成它們各自的碳化物。另外在熔融狀態下,鐵、鉆、鈷、錳、鎳、鉻等金屬是碳的真正的溶劑。 
                  (四)金剛石的電磁性能 
                  理想的金剛石晶體,具有107Ω•cm數量級的比電阻。但雜質大大降低了比電阻,絕大多數金剛石的比電阻為1014Ω~1016Ω•cm。Ⅱb型金剛石具有半導體性能,它的比電阻約為50~1200Ω•cm是P型半導體。而Ⅰ型、Ⅱb型金剛石為絕緣體。 
                  天然金剛石沒有磁性,人造金剛石具有磁性。但人造金剛石均屬于Ⅰb型,屬于絕緣體。 
                  (五)金剛石的熱性能 
                  金剛石具有很高的熱導率。在不同溫度下,金剛石的熱導率是不同的。在20℃條件下,Ⅰ型金剛石的熱導率為9WK-1cm-1; Ⅱ型金剛石熱導率為24WK-1cm-1;Ⅱa型金剛石的熱導率為120WK-1cm-1;Ⅱa型金剛石作為半導體元件的吸熱器,倍受注目。 
                  金剛石的熱膨脹系數(線膨脹系數)隨溫度不同而異。在20℃時,線膨脹系數為0.8±0.1×10-6K-1,在100~900℃時,線膨脹系數為1.5×10-6~4.8×10-6K-1. 。重要熱容量C=5.02J/(kg•K) 

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