第4章鉆石的性質(zhì)

鉆石的性質(zhì)本章要目一、鉆石的結構二、鉆石晶體特征三、力學性質(zhì)四、光學性質(zhì)五、熱學性質(zhì)六、電學性質(zhì)七、其它物理性質(zhì)1組成鉆石的碳元素原子量為12.011，由6個中子和6個質(zhì)子組成原子核，原子核帶正電，6個核外電子帶負電，按一定的電子軌道圍繞原子核做自旋運動。鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構第一節(jié)鉆石的結構一、碳的原子結構

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原子結構

鉆石成分為C，C61S22S12P3C-C原子以共價鍵的形式相結合，形成SP3雜化，SP3雜化軌道恰好為四面體形式，所以鉆石碳原子則以四面體方向分布。

3鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構碳原子結構圖第一層K層可以充填2個電子第二層L層最多可以充填8個電子碳原子為6個電子，K層為2個,L層為4個。

4鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構P亞層有三個軌道,但只有兩個電子,占據(jù)了不同的軌道作相同方向自旋2S2P碳原子結構表示為：1S22S22P2S亞層只有一個軌道，里面有兩個電子做自旋，方向相反。L層分為S亞層、P亞層

5碳原子相互結合或與其它原子結合處于激發(fā)態(tài)時，形成SP3雜化軌道，碳原子外層結構變?yōu)?2S1SP1xSP1ySP1z鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構SP3雜化軌道示意圖

6鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構任意一個碳原子與其他四個碳原子組合，其他四個碳原子各提供一個外層電子與之共用，外層電子數(shù)達到8個,形成共用的電子對即共價鍵共價鍵:原子彼此間共用電子二、鉆石中的碳原子結構

7形成一個鉆石晶胞，四個角的碳原子也成為其它四面體晶胞的一部分。鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構碳原子的四面體示意圖每個碳原子就有4個共價鍵,組成了具有四個角相等的正四面體

8鉆石整個結構可以視為以角頂相連接的四面體結合,規(guī)則重復和三維排列。鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構鉆石的晶體結構三、鉆石晶體結構

9晶體結構鉆石基本單元為—面心立方體，C原子間距相等，間距0.154nm。晶體結構，決定了鉆石，具有極高H，極高導熱性，極低導電性，極強耐酸性和極好的透明度。

10鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構晶胞組成的立方體、八面體、菱形十二面體晶形由四面體組成的鉆石,常見有立方體、八面體、菱形十二面體晶體。

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鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構石墨的晶體結構四、碳的同質(zhì)多象體石墨是碳的另一種單質(zhì)晶體,碳原子以SP2雜化軌道與臨近的三個碳原子形成共價單鍵，排列成六角平面的網(wǎng)狀結構,呈互相平行的層狀結構。由于原子結構不同，形成兩種性質(zhì)完全不同的物質(zhì),

將鉆石和石墨稱為碳元素的同質(zhì)異體或同質(zhì)多象。

12鉆石的性質(zhì)——鉆石的結構鉆石與石墨的主要物理性質(zhì)對比名稱晶系光澤顏色透明度硬度比重導熱性鉆石等軸晶系金剛光澤無色、彩色透明103.52好石墨六方晶系金屬光澤鋼灰色不透明1-22.23差

13第二節(jié)鉆石晶體特征實際晶體與理想的晶體有很大的差異，歪斜形態(tài)的晶體占了絕大多數(shù)。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征立方體八面體菱形十二面體一、晶體形態(tài)理想的晶體，面平棱直，同一單形晶面同形等大。

14鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征鉆石以八面體與菱形十二面體最為常見，其它為立方體和四六面體。菱形十二面體晶體八面體晶體1、單體

15立方體晶體鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征八面體晶體菱形十二面體晶體

16鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征

17鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征2、形態(tài)不規(guī)則的鉆石●破碎的晶體碎片●歪斜的晶體●曲面晶體、晶棱圓滑，晶面發(fā)育蝕像

1)主要原因構造應力或機械破碎作用原始晶體受到巖漿熔蝕或溶解生長速度或生長空間受到限制2)形態(tài)不規(guī)則的鉆石18不規(guī)則形態(tài)的鉆石晶體鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征19由二個或更多的單形晶體組成，鉆石中八面體與菱形十二面體的聚形多見。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征合成鉆石八面體和立方體的聚形八面體與菱形十二面體鉆石聚形3、聚形體合成鉆石立方體與八面體的聚形多見，很少見到菱形十二面體。

20同種晶體彼此平行地連生在一起,連生的晶體與相對應晶面和晶棱相互平行。菱形十二面體平行連生晶體鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征八面體平行連生晶體

4、平行連生21鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征5、雙晶兩個或兩個以上單晶按一定的對稱方式生長在一起，形成的規(guī)則連生,分為接觸雙晶和穿插雙晶。

八面體晶體雙晶八面體

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1)接觸雙晶鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征以個體平面相接而連生

三角薄片雙晶是兩個半體的八面體,其中一半相對另一半旋轉1800最多見的是三角薄片雙晶23鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征三角薄片接觸雙晶

典型的呈偏平三角形外觀,但形態(tài)呈多樣性,大多近圓形雙晶的接合面在晶體表面表現(xiàn)為“縫合線”，縫合線的兩側屬于兩個個體，晶面性質(zhì)會有一些差異，如晶面不連續(xù)，明暗度也可能有所差別。24四面體構成的穿插雙晶鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征穿插雙晶是由個體相互穿插而成。許多獨立晶體聚結生長，這類鉆石主要用于工業(yè)。2)穿插雙晶6、聚晶

25鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征晶面有倒三角蝕像三角凹痕二、生長特征1、三角凹痕與三角座八面體鉆石有小三角形凹坑,頂角指向八面體面的邊棱,由熔蝕所致。對指示紋理有重要的意義。1)三角凹痕有凸起的三角形,與主晶面方向一致,由生長致。2)三角座

26鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征生長階梯2、生長階梯鉆石成層生長時所留下,層狀階梯稱為生長階梯，它的邊與八面體面的棱平行。

27鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征鉆石在生長過程中形成,在表面或內(nèi)部留下與結構有關的一條或多條痕跡3、紋理

紋理對于鉆石加工有著重要意義幫助加工定向，劈開時沿著紋理方向，鋸開或拋磨時垂直紋理方向；

影響鉆石的凈度級別鑒定鉆石原石28八面體紋理示意圖平行于斜邊有三個紋理方向,在八面體原石上可以見到許多三角形狀的生長紋理鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征2）八面體

1）立方體面平行于側邊有兩個紋理方向立方體面紋理示意圖29在十二面體晶體上，紋理平行菱面體長軸方向，只有一個紋理方向。十二面體紋理示意圖鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征3）十二面體晶體

30指兩個晶面的接合處形成的凹角，凹角大于180°鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征在三角薄片雙角中,紋理方向發(fā)生改變的地方稱為結節(jié),結節(jié)對于鉆石加工來講會產(chǎn)生困難。凹角和青魚骨刺紋內(nèi)凹角三角凹痕扁平三角形晶體三角薄片雙晶青魚骨刺紋4、結節(jié)凹角頂端的紋理，形似青魚骨刺紋，故稱為青魚骨刺紋。5、凹角和青魚骨刺紋

31表面粗糙呈糖狀的殼，殼皮厚薄不一，有的薄如紙，通常是鉆石所含的許多微細雜質(zhì)構成。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征帶殼的鉆石三、特殊原石1、帶殼鉆石殼層呈黃色、綠色、灰色及黑色。

32表面有一極薄的半透明的無光澤表層，呈暗淡或糖狀,由于搬運過程中被磨蝕或金伯利巖巖漿熔蝕所致。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征在鉆石的裂隙中充填氧化鐵、錳質(zhì)所致。氫氟酸中煮沸可以除去雜色。2、煙霧鉆石3、氧化鉆石

33由奶白色或鋼灰色細小鉆石晶體的集合體，非常硬，產(chǎn)于南非和巴西。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征劣等鉆石多為多晶質(zhì)集合體。可分為許多種類：多孔、雜亂排列的細小黑色鉆石多晶質(zhì)集合體。用于鉆機鉆頭和磨鉆。主要產(chǎn)于巴西。4、劣等鉆石●黑鉆●圓粒鉆石

34黑色鉆石中，由于會含有磁鐵礦雜質(zhì)，具有磁性，發(fā)現(xiàn)于中非。鉆石的性質(zhì)——鉆石晶體特征與黑鉆相似，但鉆石晶體顆粒要粗一些，肉眼可見。見于南非和博茨瓦納?！裼矆A粒鉆石●磁性鉆石

35第三節(jié)力學性質(zhì)鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)指寶石沿某些方向裂開并留下或多或少平坦斷面。一、解理鉆石鍵雖都是同等強度，但也存在某些較弱的晶體結合面；鉆石的解理是八面體解理，中等到完全。同等強度鍵產(chǎn)生的解理情況1、鉆石的解理

36鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)2、鉆石解理的寶石學意義腰棱處常出現(xiàn)由解理造成“胡須”“缺口”,仿制品如玻璃、CZ出現(xiàn)的是貝殼狀，以此來區(qū)分。2）加工意義1）鑒定意義利用解理用劈鉆的辦法分割鉆石及除去質(zhì)量差的部分;小心操作，防止破裂或誘發(fā)出“胡須”。解理面上不能拋光，應斜交幾度進行拋光；

37解理作為一種內(nèi)含物，影響鉆石的凈度。3）對品質(zhì)的影響鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)二、硬度寶石對刻劃的難易程度，承受摩擦的能力以及抵抗更硬物質(zhì)壓力的能力。

381、滑石2、石膏3、方解石4、螢石5、磷灰石6、長石7、石英8、黃玉9、剛玉10、金剛石

鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)德國礦物學家摩斯采用10種礦物排列成一個系列，每種礦物都被數(shù)值高的礦物所刻劃，稱其為摩氏硬度由軟至硬分別為：1、刻劃硬度指礦物之間抵抗刻劃能力的相對大小

39用金剛石粉的微型砂進行一定時間磨蝕，以磨掉材料的程度來計算每種礦物的研磨系數(shù)。金剛石的抗研磨程度是藍寶石的5000倍，是尖晶石的2萬倍。鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)利用棱角狀金剛石刀加壓，移過物體平滑表面，產(chǎn)生劃痕，以這種方法得出鉆石為14000，而剛玉為1000。2、抗壓硬度（維氏法）3、抗磨硬度

40由于鉆石的晶體結構，原子鍵合面和方向的規(guī)則排列，產(chǎn)生不同方向性的硬度差異。鉆石晶體方向性的差異硬度鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)4、差異硬度

41鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)

菱形十二面體網(wǎng)面立方體網(wǎng)面立方體網(wǎng)面平行邊的方向硬度低于對角線方向。菱形十二面體網(wǎng)面平行長方形短邊方向硬度低于長邊方向。

42八面體網(wǎng)面鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)八面體網(wǎng)面角形各邊垂直方向硬度低于平行邊的方向。不同的面也存在著硬度的差異

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43鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)同一礦床不同晶體和不同顏色，硬度也不同,棕紅色鉆石＞綠色鉆石,包體越多，硬度越小。不同礦床，硬度不同,澳大利亞鉆石硬度＞南非產(chǎn)的鉆石。

44鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)4)差異硬度使鉆石得以切磨鉆石。5、硬度的寶石學意義1)極高的硬度，使拋光有極好的效果，光澤得以充分體現(xiàn)；2)高的硬度，使切磨的成品面平、棱直、切工完美，并以此可以區(qū)分仿鉆；3)具有較高的耐磨性，不易產(chǎn)生劃痕，使之美麗恒久；

45韌性與硬度不同，如果鉆石用老虎鉗擠壓時鉆石很堅固，可抵抗很大的壓力。然而不經(jīng)撞擊，若重擊則易于破碎，即鉆石相當脆性。軟玉的硬度為6.5，然而由

于多晶質(zhì)的交織結構，韌性大于鉆石。鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)三、韌性和脆性

韌性:物體抗分裂的能力脆性:物體受力破碎的程度46由于原子結構的堆積不同，相同體積的不同材料,質(zhì)量不同。鉆石的性質(zhì)——力學性質(zhì)四、鉆石的密度鉆石的密度大于共生的礦物，通過重力將鉆石與共生礦物分離。采用重液法、卡尺測量等方法與仿鉆區(qū)分。鉆石的密度(S.G)3.52鉆石密度的意義:

47一、鉆石的折射率光從空氣進入物質(zhì)時，光速產(chǎn)生變化，導致其方向的變化，這種光線現(xiàn)象稱之為折射。第四節(jié)光學性質(zhì)鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)當光從空氣中進入液體或固體物質(zhì)時，其速度會減慢，不同的物質(zhì)，電子形式不同,減慢的速度不同。

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光線進入和離開一個光密介質(zhì)時發(fā)生的光的折射鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)玻璃空氣NN1CDAB鉆石折射率：2.417

49鉆石屬立方晶系，屬單折射寶石,只有一個折射率鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

50鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)具雙折射率的寶石,有時可見刻面棱重影

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鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)在偏光鏡下,有些鉆石具有異常雙折射現(xiàn)象，是由某種形式的應變引起。具異常雙折射的鉆石，會給加工帶來困難。

52二、鉆石對光的反射反射是指落在表面的光有一部分從表面折回的現(xiàn)象光在平坦表面的反射入射光反射光=入射角γ=反射角法線鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

53鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)鉆石具有較強的反射率，因此能產(chǎn)生較強的亮度。鉆石的折射率為2.417，反射率為17%，石英的折射率為1.54，反射率4.5%。寶石的反射率可以換算,折射率越大反射率越大。

54光密介質(zhì)N1N三、鉆石的全內(nèi)反射與臨界角當光線由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，折射線偏離法線方向。I1光疏介質(zhì)R1鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

55N1Nιγ光疏介質(zhì)光密介質(zhì)ι=Cγ=900N1N鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)當入射角增加，折射角也在增加。當入射角大于臨界角時，光不再發(fā)生折射，而全部在光密介質(zhì)中反射。光密介質(zhì)I2光疏介質(zhì)R2I3R3當入射角等于臨界角時，折射角等于900。

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鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)折射率與臨界角成反比，折射率越大，臨界角越小，而發(fā)生在寶石內(nèi)的全內(nèi)反射光越多。臨界角用來確定寶石理想琢型的角度,對于加工非常重要。鉆石的臨界角為24.50

57鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

58四、色散當白光通過透明的斜面時，分解成它的組成波長，出現(xiàn)光譜色，稱為產(chǎn)生色散。白光穿過棱鏡折射而產(chǎn)生色散鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)白光通過內(nèi)反射分解成組成色火彩紅橙黃綠藍紫白光

59鉆石的火彩鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)寶石分解光的能力不同,即“火彩”在不同寶石中表現(xiàn)有較大的差異。鉆石的色散值為0.044所有無色寶石中最具火彩的寶石。即使是淺色或無色的刻面寶石，仍可以有色彩，常將這種色彩稱為“火彩”。

60有關寶石的色散值螢石0.007石英0.013黃玉0.014剛玉0.018鐵鋁榴石0.027鋯石*0.039鉛玻璃*0.041鉆石*0.044翠榴石*0.057見于綠色品種中立方氧化鋯*0.065鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

61鉆石與仿制品色散的比較鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)利用鉆石較強的色散，有可能對相近的寶石作出判別。圍繞一顆鉆石排成一圈的仿制品。色散值沿順時針方向增高。第一顆是螢石（0.008）,隨后依次是石英（0.013）、黃玉（0.014）、合成藍寶石（0.018）、合成尖晶石（0.020）、釔鋁榴石（0.028）、玻璃（0.030）、鋯石（0.039）、釓鎵榴石（0.045）、立方氧化鋯（0.060）、鈮酸鋰（0.130）、鈦酸鍶（0.200），最后，位于鉆石（0.044）正上方的是合成金紅石（0.300）

62鉆石的光澤：金剛光澤鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)鉆石有高的折射率和高的硬度，所以有好的拋光質(zhì)量，顯示最好的金剛光澤。五、光澤是一種表面光輝，取決于寶石的折射率，也取決于寶石的拋光程度。

63鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

64鉆石受電磁輻射（X-射線熒光，陰極發(fā)光，紫外熒光）發(fā)出的光稱為熒光，物質(zhì)離開輻射源后，繼續(xù)發(fā)光成為磷光。鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)六、發(fā)光性鉆石在高能射線的照射下，能發(fā)出不同顏色的可見光的性質(zhì)，稱之為發(fā)光性。鉆石的發(fā)光性與外加的能量性質(zhì)及本身的性質(zhì)有關。

65由陰極射出的電子組成，通過在真空管中釋放電子或加熱金屬絲產(chǎn)生。用陰極射線轟擊一個物體可產(chǎn)生陰極發(fā)光。大多數(shù)鉆石在X-射線下都發(fā)藍-白色光，這種光具有較長的持續(xù)性，被用在從精礦中回收鉆石。鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)1、X-射線熒光

2、陰極發(fā)光陰極發(fā)光對于探討鉆石的成因有很大意義，可區(qū)分合成鉆石與天然鉆石。

66用于測試的寶石紫外光的波長分別365nm和254nm。長波紫外光和短波紫外光鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)3、紫外熒光

鉆石因產(chǎn)地、雜質(zhì)成分及結構變化不同，部分鉆石（約15-25%）在LWUV可見熒光，熒光呈藍色或黃色、強度不同。67鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

68鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)黃色系列：（無色到淡黃色）——藍色熒光鮮黃鉆石：——黃色熒光褐色鉆石：——黃綠色熒光

霍普鉆石（希望鉆石）發(fā)很壯觀的帶粉紅色色調(diào)的紅色磷光，Ⅰa型鉆石:如有熒光時發(fā)藍色熒光。Ⅰb型鉆石:如有熒光時發(fā)桔黃或黃色光。Ⅱ型鉆石:如有熒光時發(fā)黃綠色熒光。Ⅱb型鉆石:LW下惰性，SW下發(fā)藍色甚至紅色磷光。許多鉆石在紫外光移開后發(fā)出磷光69鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

70不同強度的熒光可幫助鑒定群鑲鉆石及仿制品鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)

71當電流通過物體產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象，許多鉆石都具這種發(fā)光性，顏色為藍或綠色，II型鉆比I型鉆更普遍。通過摩擦、刻劃甚至通過擠壓而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象鉆石的性質(zhì)——光學性質(zhì)4、摩擦發(fā)光鉆石拋光時發(fā)出暗紅色的光，是摩擦引起發(fā)光的一種現(xiàn)象。5、電發(fā)光

72不含包裹體的鉆石在絕氧的真空中加熱到1800度而后快速冷卻，不會帶來任何損害。第五節(jié)熱學性質(zhì)鉆石的性質(zhì)——熱學性質(zhì)一、熱膨脹性物質(zhì)受熱將朝各個方向膨脹。鉆石的熱膨脹性非常低，溫度的突然變化對鉆石的影響很小。但有裂隙或含有熱膨脹性大于鉆石的礦物包裹體，受

熱時將破裂。

73II型鉆石的導熱性比I型好，IIa型導熱性最好。鉆石的性質(zhì)——熱學性質(zhì)二、導熱性利用鉆石這一性質(zhì),設計了一種能快速測試鉆石與仿鉆石的儀器,稱之熱導儀導熱性是物質(zhì)將熱從一個區(qū)域傳向另一個區(qū)域的能力。鉆石是一種非常好的熱導體

74鉆石的性質(zhì)——熱學性質(zhì)熱導儀

75鉆石中以碳原子彼此以共價鍵結合，在結構中沒有自由的電子存在，這是