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天然金刚石是怎样来的

admin 人造钻石 2020年12月29日

  金刚石对水不润湿,然而容易粘油。这种疏水亲油的特征是由金刚石的 sp 3 杂化的非极性键的本质决定的。这一特性不仅提示人们可以使用油脂去提取金刚石,而且在制造金刚石磨具时,宜选用亲油基团的有机物作为金刚石的润湿剂。 常温下的化学稳定性:在常温下,金刚石对一切酸碱盐等化学试剂都表现出很强的惰性,王水也不会与它发生化学变化。在加热情况下( 1000 ℃以下),仅有个别氧化剂与之反应。利用金刚石的化学稳定性,可以用酸碱来提纯金刚石。 热稳定性:金刚石在纯氧中 600 ℃就开始失去光泽,出现黑色表皮, 700 ~ 800 ℃开始燃烧,生成二氧化碳。人造金刚石在空气中开始氧化的温度是 740 ~ 840 ℃,有的产品在 600 ℃就开始氧化。金刚石在空气中开始燃烧的温度大约在 850 ~ 1000 ℃。金刚石的热稳定性与晶体的完整程度以及杂质的含量有关。 金刚石的石墨化现象:在真空或者惰性气氛中,当加热到某一高温时,金刚石就会发生石墨化现象,即发生向石墨的转变。 1500 ℃的时候能检验出表面开始石墨化,随着温度的升高,石墨化速度加快,并且在 1700 ℃左右开始整个晶体迅速石墨化。在 2100 ℃时,一颗 0.1 克拉( 1 克拉= 0.2 克)的八面体钻石在 3 分钟内全部化为灰烬。当存在哪怕少量氧气时,石墨化在较低温度下就开始了。过渡金属的存在会加速金刚石的石墨化过程。 与过渡金属的化学作用:一些过渡金属能够与金刚石起化学作用,促使金刚石发生解体。这些金属分为两类:一类是周期表中的Ⅶ B 族和Ⅷ族的元素,如铁、钴、镍、锰以及铂系金属,这些元素在熔融状态下是碳的溶剂,在磨削高温下会使金刚石产生溶剂化现象;另一类是容易生成稳定碳化物的金属,其中包括Ⅳ B 、Ⅴ B 、Ⅵ B 族,例如钨、钒、钛等,这些元素易于和金刚石发生结合,生成相应的稳定碳化物。金刚石与过渡金属的作用是用它加工这些材料时发生粘刀现象的本质,从而也决定了金刚石工具、磨具的使用范围。 石墨: 石墨是碳质元素结晶矿物,它的结晶格架为六边形层状结构,见图1—1。每一网层间的距离为3.40人,同一网层中碳原子的间距为1.42A。属六方晶系,具完整的层状解理。解理面以分子键为主,对分子吸引力较弱,故其天然可浮性很好。 石墨质软,黑灰色;有油腻感,可污染纸张。硬度为1~2,沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3~5。比重为1.9~2.3。在隔绝氧气条件下,其熔点在3000℃以上,是最耐温的矿物之一。 自然界中纯净的石墨是没有的,其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式出现。此外,还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析,除测定固定碳含量外,还必须同时测定挥发分和灰分的含量。 石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物,具有不同的工业价值和用途。工业上,根据结晶形态不同,将天然石墨分为三类。 1.致密结晶状石墨 致密结晶状石墨又叫块状石墨。此类石墨结晶明显晶体肉眼可见。颗粒直径大于0.1毫米。晶体排列杂乱无章,呈致密块状构造。这 种:石墨的特点是品位很高,一般含碳量为60~ 65%,有时达80~98%,但其可塑性和滑腻性不 如鳞片石墨好。 2.鳞片石墨 石墨晶体呈鳞片状;这是在高强度的压力下变质 而成的,有大鳞片和细鳞片之分。此类石墨矿石的特 点是品位不高,一般在2~3%,或100~25%之 间。是自然界中可浮性最好的矿石之一,经过多磨多 选可得高品位石墨精矿。这类石墨的可浮性、润滑性、 可塑性均比其他类型石墨优越;因此它的工业价值最 大。 3.隐晶质石墨 隐品质石墨又称非晶质石墨或土状石墨,这种石墨的晶体直径一般小于1微米,是微晶石墨的集合体,只有在电子显微镜下才能见到晶形。此类石墨的特点是表面呈土状,缺乏光泽,润滑性也差。品位较高。一般的60~80%。少数高达90%以上。矿石可选性较差。 石墨由于其特殊结构,而具有如下特殊性质: 1) 耐高温型:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,即使经超高温电弧灼烧,重量的损失很小,热膨胀系数也很小。石墨强度随温度提高而加强,在2000℃时,石墨强度提高一倍。 2) 导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。 3) 润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。 4) 化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。 5) 可塑性:石墨的韧性好,可年成很薄的薄片。 6) 抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。 C60 C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。 C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。 处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用sp杂化轨道重叠形成σ键,每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子的三个σ键不是共平面的,键角约为108°或120°,因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构,因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。分子轨道计算表明,足球烯具有较大的离域能。


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