劈钻：钻石晶体结构与劈裂风险

钻石是典型的共价键晶体，每个碳原子与周围4个碳原子以共价键形式相连接，组成晶体的基本结构——四面体。键与键相距0.154 2nm，并互呈109.5°角。每个单位晶胞中包含有包括4个四面体在内的8个碳原子，它们的分布状态是4个位于体中心（它们正好与组成这个立方体的8个小立方体中的4个中心重合）；8个位于角顶（但它们每一个同时又为周围的7个晶胞所共有，故而每个只有1／8，总共只有1个）；6个位于面中心（它们则与相邻的晶胞所共有，故每个只有1／2，总共有3个）（图6-2）。单位晶胞的棱长a=0.356 688nm。

图6-2　钻石晶体结构：四面体；、每个单位晶胞包含4个四面体；4 1个单位晶胞中碳原子分布状态

在整个四面体结构中，垂直于共价键的4个面是晶体最薄弱的面，即解理面。当沿共价键方向向两端施以一定的力时，键就被分开了，劈钻就是利用这个原理把两层整齐排列的原子层分开，两层原子的间距就是键的长度，即0.154 2nm（图6-2 ）。

在单位晶胞中，原子排列最为密集的面网有3个（图6-3）：

（100）面网，面积为1个单位晶胞的1个正方形面。

（110）面网，面积为单位晶胞沿对角线横截面的1个矩形。

（111）面网，面积为连接3个角顶的等边三角形。

图6-3　3个主要面网与原子的分布状态：（100）；（110）；（111）

从面网结构上来看，面网之间的间距决定了两层面网间的引力大小，间距越大引力越小，反之越大。通过计算可得：

（100）面网的间距正好为一个单位晶胞棱长的1／4，为0.089 172nm（图6-4）。(www.xing528.com)

（110）面网间距为一个单位晶胞对角线的1／4，为0.126 108nm（图6-5）。

图6-4　（100）面网在多个晶胞内分布状态

图6-5　（110）面网在多个晶胞内分布状态

（111）面网间距分布状态较为复杂，为一窄一宽，有两层面网非常靠近，之后又隔一个键长，再是两层非常靠近的面网，这一特殊现象称为“双层面网”。窄的间距为0.051 483nm，宽的间距为碳原子键长（0.154 2nm）（图6-6、图6-7）。

图6-6　钻石晶体中碳原子的排列方式，蓝色为面网间距最宽的一段，通过敲击两侧，可将钻石劈裂开

三个面网中（111）面网间距最宽，最容易分开。层宽间距即是之前提到的解理面位置所在，该面网在钻石上共有四个方向，也就是说理论上有四个方向可供选择劈开。除最理想（111）面网外，经验老道的劈钻师还可以从（110）方向劈钻。

图6-7　（111）面网在多个晶胞内分布状态

然而仍需注意的是，在实际晶体结构中，并没有像理论上描述的那样完美无缺。实际的晶体在结构上可能存在一定缺陷，比如结构上的位错、天然包裹体等，致使劈钻时没有沿解理面分开，这便是劈钻的风险之一。