金刚石的性能及用途：属性和应用

在金刚石的各种性能中，硬度、耐磨耗性和刚度性能最具特色。金刚石是迄今地球上最硬的物质，在莫氏硬度中，金刚石的莫氏硬度为10，见表12-2。莫氏硬度1～9级之间几乎为等间隔的，而9～10级之间不符合这一等差排列梯度。碳化硅（SiC）和刚玉（Al₂O₃）的莫氏硬度为9，碳化钨（WC）为9.5。表12-2同时还列出了努氏（Knoop）硬度和显微硬度值。从中可以看出，金刚石的硬度是刚玉硬度的5倍，石英的12倍，碳化钨的4.7倍，碳化硅的4倍，碳化硼的3.7倍，立方氮化硼的2倍。需要注意的是，金刚石的硬度呈各向异性，不同晶面和不同方向上的硬度不同。

金刚石的体积弹性模量为5.42×10⁵MPa，比公认体积弹性模量非常大的钨还要大。表12-3列出了与体积弹性模量相近的杨氏模量。为了进行比较，表12-3中同时还列出了金刚石与其他几种硬质材料的抗压强度和抗拉强度。由表12-3中可以看出，金刚石的抗压能力很强，而抗拉强度则不高（硬脆性）。

表12-2 金刚石与几种硬质材料的硬度Table 12-2 Hardness of diamond along with some hard materials

表12-3 金刚石与几种硬质材料的杨氏模量、 抗压强度和抗拉强度Table 12-3 Compressive strength，tensile strength and Young’s Modulus of diamond along with some hard materials

金刚石的磨耗量因摩擦方法不同而有很大变化，用于钻头的人造金刚石烧结体的磨耗比一般在1∶3×10⁴～1∶8×10⁴之间；用作拉丝模的磨耗比在1∶1×10⁵～1∶3×10⁵之间。

由于碳原子的稳定特性，以及金刚石是强共价键结合，因而金刚石在常温下的化学性质非常稳定，耐酸碱及其他化学药品的腐蚀。在氧气中，金刚石于660℃左右开始氧化；在真空中，金刚石被加热到1500℃以上时才开始碳化；在硝酸钠等氧化剂中，金刚石于430℃左右就会受到腐蚀。表12-4列出了金刚石在不同气体中的热稳定性。

除氧化剂以外，能与金刚石发生反应的物质还有以下两类：第一类有钨、钽、钛、锆等，在高温下与金刚石反应生成碳化物；第二类有铁、钴、锰、镍、铬、铂等，在熔融状态成为碳的溶媒。金刚石具有亲油、疏水性。

表12-4 金刚石在不同气体中的热稳定性Table 12-4 Thermal stability of diamond in different atmospheres

(www.xing528.com)

纯净的不含杂质的金刚石是绝缘体，室温下的电阻率在10¹⁶Ω·cm以上。含有镍、钴、铁等触媒杂质的人造金刚石有磁性。

金刚石具有很高的折射率，其折射率为2.40～2.48；对于波长为589.3nm的光，其折射率为2.417。金刚石具有强的散光性，色散系数为0.063。金刚石晶体在不同射线辐照下能发出各种颜色的光，这是金刚石作为宝石晶莹发亮的主要原因。金刚石还具有优良的透光性能，能透过很宽的波段。不同射线下金刚石的发光性质见表12-5。

表12-5 不同射线下金刚石的发光性质Table12-5 Photoluminescence properties of diamond under different radials

金刚石具有极高导热性能，其热导率是迄今为止所知物质中最高的，表12-6列出了在常温下金刚石与其他材料的导热性能对比。表12-7列出了不同温度下金刚石的线胀系数。

长期以来，金刚石是一种极为名贵的宝石级装饰品。随着现代工业技术的发展，金刚石已成为重要的工业材料。目前，人造金刚石广泛应用于冶金、建材、地质、煤炭、石油、机械、电子、光学仪器和航空航天等几乎所有的工业部门。中国的金刚石产量已经达到世界第一。

表12-6 金刚石与其他材料的导热性能对比Table 12-6 Comparison of thermal conduction of diamond with some other materials

表12-7 不同温度下金刚石的线胀系数Table 12-7 Thermal expansion coefficient of diamond at different temperatures