第4章钻石的性质

钻石的性质本章要目一、钻石的结构二、钻石晶体特征三、力学性质四、光学性质五、热学性质六、电学性质七、其它物理性质1组成钻石的碳元素原子量为12.011，由6个中子和6个质子组成原子核，原子核带正电，6个核外电子带负电，按一定的电子轨道围绕原子核做自旋运动。钻石的性质——钻石的结构第一节钻石的结构一、碳的原子结构

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原子结构

钻石成分为C，C61S22S¹2P3C-C原子以共价键的形式相结合，形成SP3杂化，SP3杂化轨道恰好为四面体形式，所以钻石碳原子则以四面体方向分布。

3钻石的性质——钻石的结构碳原子结构图第一层K层可以充填2个电子第二层L层最多可以充填8个电子碳原子为6个电子，K层为2个,L层为4个。

4钻石的性质——钻石的结构P亚层有三个轨道,但只有两个电子,占据了不同的轨道作相同方向自旋2S2P碳原子结构表示为：1S22S22P2S亚层只有一个轨道，里面有两个电子做自旋，方向相反。L层分为S亚层、P亚层

5碳原子相互结合或与其它原子结合处于激发态时，形成SP3杂化轨道，碳原子外层结构变为:2S1SP1xSP1ySP1z钻石的性质——钻石的结构SP3杂化轨道示意图

6钻石的性质——钻石的结构任意一个碳原子与其他四个碳原子组合，其他四个碳原子各提供一个外层电子与之共用，外层电子数达到8个,形成共用的电子对即共价键共价键:原子彼此间共用电子二、钻石中的碳原子结构

7形成一个钻石晶胞，四个角的碳原子也成为其它四面体晶胞的一部分。钻石的性质——钻石的结构碳原子的四面体示意图每个碳原子就有4个共价键,组成了具有四个角相等的正四面体

8钻石整个结构可以视为以角顶相连接的四面体结合,规则重复和三维排列。钻石的性质——钻石的结构钻石的晶体结构三、钻石晶体结构

9晶体结构钻石基本单元为—面心立方体，C原子间距相等，间距0.154nm。晶体结构，决定了钻石，具有极高H，极高导热性，极低导电性，极强耐酸性和极好的透明度。

10钻石的性质——钻石的结构晶胞组成的立方体、八面体、菱形十二面体晶形由四面体组成的钻石,常见有立方体、八面体、菱形十二面体晶体。

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钻石的性质——钻石的结构石墨的晶体结构四、碳的同质多象体石墨是碳的另一种单质晶体,碳原子以SP2杂化轨道与临近的三个碳原子形成共价单键，排列成六角平面的网状结构,呈互相平行的层状结构。由于原子结构不同，形成两种性质完全不同的物质,

将钻石和石墨称为碳元素的同质异体或同质多象。

12钻石的性质——钻石的结构钻石与石墨的主要物理性质对比名称晶系光泽颜色透明度硬度比重导热性钻石等轴晶系金刚光泽无色、彩色透明103.52好石墨六方晶系金属光泽钢灰色不透明1-22.23差

13第二节钻石晶体特征实际晶体与理想的晶体有很大的差异，歪斜形态的晶体占了绝大多数。钻石的性质——钻石晶体特征立方体八面体菱形十二面体一、晶体形态理想的晶体，面平棱直，同一单形晶面同形等大。

14钻石的性质——钻石晶体特征钻石以八面体与菱形十二面体最为常见，其它为立方体和四六面体。菱形十二面体晶体八面体晶体1、单体

15立方体晶体钻石的性质——钻石晶体特征八面体晶体菱形十二面体晶体

16钻石的性质——钻石晶体特征

17钻石的性质——钻石晶体特征2、形态不规则的钻石●破碎的晶体碎片●歪斜的晶体●曲面晶体、晶棱圆滑，晶面发育蚀像

1)主要原因构造应力或机械破碎作用原始晶体受到岩浆熔蚀或溶解生长速度或生长空间受到限制2)形态不规则的钻石18不规则形态的钻石晶体钻石的性质——钻石晶体特征19由二个或更多的单形晶体组成，钻石中八面体与菱形十二面体的聚形多见。钻石的性质——钻石晶体特征合成钻石八面体和立方体的聚形八面体与菱形十二面体钻石聚形3、聚形体合成钻石立方体与八面体的聚形多见，很少见到菱形十二面体。

20同种晶体彼此平行地连生在一起,连生的晶体与相对应晶面和晶棱相互平行。菱形十二面体平行连生晶体钻石的性质——钻石晶体特征八面体平行连生晶体

4、平行连生21钻石的性质——钻石晶体特征5、双晶两个或两个以上单晶按一定的对称方式生长在一起，形成的规则连生,分为接触双晶和穿插双晶。

八面体晶体双晶八面体

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1)接触双晶钻石的性质——钻石晶体特征以个体平面相接而连生

三角薄片双晶是两个半体的八面体,其中一半相对另一半旋转1800最多见的是三角薄片双晶23钻石的性质——钻石晶体特征三角薄片接触双晶

典型的呈偏平三角形外观,但形态呈多样性,大多近圆形双晶的接合面在晶体表面表现为“缝合线”，缝合线的两侧属于两个个体，晶面性质会有一些差异，如晶面不连续，明暗度也可能有所差别。24四面体构成的穿插双晶钻石的性质——钻石晶体特征穿插双晶是由个体相互穿插而成。许多独立晶体聚结生长，这类钻石主要用于工业。2)穿插双晶6、聚晶

25钻石的性质——钻石晶体特征晶面有倒三角蚀像三角凹痕二、生长特征1、三角凹痕与三角座八面体钻石有小三角形凹坑,顶角指向八面体面的边棱,由熔蚀所致。对指示纹理有重要的意义。1)三角凹痕有凸起的三角形,与主晶面方向一致,由生长致。2)三角座

26钻石的性质——钻石晶体特征生长阶梯2、生长阶梯钻石成层生长时所留下,层状阶梯称为生长阶梯，它的边与八面体面的棱平行。

27钻石的性质——钻石晶体特征钻石在生长过程中形成,在表面或内部留下与结构有关的一条或多条痕迹3、纹理

纹理对于钻石加工有着重要意义帮助加工定向，劈开时沿着纹理方向，锯开或抛磨时垂直纹理方向；

影响钻石的净度级别鉴定钻石原石28八面体纹理示意图平行于斜边有三个纹理方向,在八面体原石上可以见到许多三角形状的生长纹理钻石的性质——钻石晶体特征2）八面体

1）立方体面平行于侧边有两个纹理方向立方体面纹理示意图29在十二面体晶体上，纹理平行菱面体长轴方向，只有一个纹理方向。十二面体纹理示意图钻石的性质——钻石晶体特征3）十二面体晶体

30指两个晶面的接合处形成的凹角，凹角大于180°钻石的性质——钻石晶体特征在三角薄片双角中,纹理方向发生改变的地方称为结节,结节对于钻石加工来讲会产生困难。凹角和青鱼骨刺纹内凹角三角凹痕扁平三角形晶体三角薄片双晶青鱼骨刺纹4、结节凹角顶端的纹理，形似青鱼骨刺纹，故称为青鱼骨刺纹。5、凹角和青鱼骨刺纹

31表面粗糙呈糖状的壳，壳皮厚薄不一，有的薄如纸，通常是钻石所含的许多微细杂质构成。钻石的性质——钻石晶体特征带壳的钻石三、特殊原石1、带壳钻石壳层呈黄色、绿色、灰色及黑色。

32表面有一极薄的半透明的无光泽表层，呈暗淡或糖状,由于搬运过程中被磨蚀或金伯利岩岩浆熔蚀所致。钻石的性质——钻石晶体特征在钻石的裂隙中充填氧化铁、锰质所致。氢氟酸中煮沸可以除去杂色。2、烟雾钻石3、氧化钻石

33由奶白色或钢灰色细小钻石晶体的集合体，非常硬，产于南非和巴西。钻石的性质——钻石晶体特征劣等钻石多为多晶质集合体。可分为许多种类：多孔、杂乱排列的细小黑色钻石多晶质集合体。用于钻机钻头和磨钻。主要产于巴西。4、劣等钻石●黑钻●圆粒钻石

34黑色钻石中，由于会含有磁铁矿杂质，具有磁性，发现于中非。钻石的性质——钻石晶体特征与黑钻相似，但钻石晶体颗粒要粗一些，肉眼可见。见于南非和博茨瓦纳。●硬圆粒钻石●磁性钻石

35第三节力学性质钻石的性质——力学性质指宝石沿某些方向裂开并留下或多或少平坦断面。一、解理钻石键虽都是同等强度，但也存在某些较弱的晶体结合面；钻石的解理是八面体解理，中等到完全。同等强度键产生的解理情况1、钻石的解理

36钻石的性质——力学性质2、钻石解理的宝石学意义腰棱处常出现由解理造成“胡须”“缺口”,仿制品如玻璃、CZ出现的是贝壳状，以此来区分。2）加工意义1）鉴定意义利用解理用劈钻的办法分割钻石及除去质量差的部分;小心操作，防止破裂或诱发出“胡须”。解理面上不能抛光，应斜交几度进行抛光；

37解理作为一种内含物，影响钻石的净度。3）对品质的影响钻石的性质——力学性质二、硬度宝石对刻划的难易程度，承受摩擦的能力以及抵抗更硬物质压力的能力。

381、滑石2、石膏3、方解石4、萤石5、磷灰石6、长石7、石英8、黄玉9、刚玉10、金刚石

钻石的性质——力学性质德国矿物学家摩斯采用10种矿物排列成一个系列，每种矿物都被数值高的矿物所刻划，称其为摩氏硬度由软至硬分别为：1、刻划硬度指矿物之间抵抗刻划能力的相对大小

39用金刚石粉的微型砂进行一定时间磨蚀，以磨掉材料的程度来计算每种矿物的研磨系数。金刚石的抗研磨程度是蓝宝石的5000倍，是尖晶石的2万倍。钻石的性质——力学性质利用棱角状金刚石刀加压，移过物体平滑表面，产生划痕，以这种方法得出钻石为14000，而刚玉为1000。2、抗压硬度（维氏法）3、抗磨硬度

40由于钻石的晶体结构，原子键合面和方向的规则排列，产生不同方向性的硬度差异。钻石晶体方向性的差异硬度钻石的性质——力学性质4、差异硬度

41钻石的性质——力学性质

菱形十二面体网面立方体网面立方体网面平行边的方向硬度低于对角线方向。菱形十二面体网面平行长方形短边方向硬度低于长边方向。

42八面体网面钻石的性质——力学性质八面体网面角形各边垂直方向硬度低于平行边的方向。不同的面也存在着硬度的差异

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43钻石的性质——力学性质同一矿床不同晶体和不同颜色，硬度也不同,棕红色钻石＞绿色钻石,包体越多，硬度越小。不同矿床，硬度不同,澳大利亚钻石硬度＞南非产的钻石。

44钻石的性质——力学性质4)差异硬度使钻石得以切磨钻石。5、硬度的宝石学意义1)极高的硬度，使抛光有极好的效果，光泽得以充分体现；2)高的硬度，使切磨的成品面平、棱直、切工完美，并以此可以区分仿钻；3)具有较高的耐磨性，不易产生划痕，使之美丽恒久；

45韧性与硬度不同，如果钻石用老虎钳挤压时钻石很坚固，可抵抗很大的压力。然而不经撞击，若重击则易于破碎，即钻石相当脆性。软玉的硬度为6.5，然而由

于多晶质的交织结构，韧性大于钻石。钻石的性质——力学性质三、韧性和脆性

韧性:物体抗分裂的能力脆性:物体受力破碎的程度46由于原子结构的堆积不同，相同体积的不同材料,质量不同。钻石的性质——力学性质四、钻石的密度钻石的密度大于共生的矿物，通过重力将钻石与共生矿物分离。采用重液法、卡尺测量等方法与仿钻区分。钻石的密度(S.G)3.52钻石密度的意义:

47一、钻石的折射率光从空气进入物质时，光速产生变化，导致其方向的变化，这种光线现象称之为折射。第四节光学性质钻石的性质——光学性质当光从空气中进入液体或固体物质时，其速度会减慢，不同的物质，电子形式不同,减慢的速度不同。

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光线进入和离开一个光密介质时发生的光的折射钻石的性质——光学性质玻璃空气NN1CDAB钻石折射率：2.417

49钻石属立方晶系，属单折射宝石,只有一个折射率钻石的性质——光学性质

50钻石的性质——光学性质具双折射率的宝石,有时可见刻面棱重影

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钻石的性质——光学性质在偏光镜下,有些钻石具有异常双折射现象，是由某种形式的应变引起。具异常双折射的钻石，会给加工带来困难。

52二、钻石对光的反射反射是指落在表面的光有一部分从表面折回的现象光在平坦表面的反射入射光反射光=入射角γ=反射角法线钻石的性质——光学性质

53钻石的性质——光学性质钻石具有较强的反射率，因此能产生较强的亮度。钻石的折射率为2.417，反射率为17%，石英的折射率为1.54，反射率4.5%。宝石的反射率可以换算,折射率越大反射率越大。

54光密介质N1N三、钻石的全内反射与临界角当光线由光密介质进入光疏介质时，折射线偏离法线方向。I1光疏介质R1钻石的性质——光学性质

55N1Nιγ光疏介质光密介质ι=Cγ=900N1N钻石的性质——光学性质当入射角增加，折射角也在增加。当入射角大于临界角时，光不再发生折射，而全部在光密介质中反射。光密介质I2光疏介质R2I3R3当入射角等于临界角时，折射角等于900。

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钻石的性质——光学性质折射率与临界角成反比，折射率越大，临界角越小，而发生在宝石内的全内反射光越多。临界角用来确定宝石理想琢型的角度,对于加工非常重要。钻石的临界角为24.50

57钻石的性质——光学性质

58四、色散当白光通过透明的斜面时，分解成它的组成波长，出现光谱色，称为产生色散。白光穿过棱镜折射而产生色散钻石的性质——光学性质白光通过内反射分解成组成色火彩红橙黄绿蓝紫白光

59钻石的火彩钻石的性质——光学性质宝石分解光的能力不同,即“火彩”在不同宝石中表现有较大的差异。钻石的色散值为0.044所有无色宝石中最具火彩的宝石。即使是浅色或无色的刻面宝石，仍可以有色彩，常将这种色彩称为“火彩”。

60有关宝石的色散值萤石0.007石英0.013黄玉0.014刚玉0.018铁铝榴石0.027锆石*0.039铅玻璃*0.041钻石*0.044翠榴石*0.057见于绿色品种中立方氧化锆*0.065钻石的性质——光学性质

61钻石与仿制品色散的比较钻石的性质——光学性质利用钻石较强的色散，有可能对相近的宝石作出判别。围绕一颗钻石排成一圈的仿制品。色散值沿顺时针方向增高。第一颗是萤石（0.008）,随后依次是石英（0.013）、黄玉（0.014）、合成蓝宝石（0.018）、合成尖晶石（0.020）、钇铝榴石（0.028）、玻璃（0.030）、锆石（0.039）、钆镓榴石（0.045）、立方氧化锆（0.060）、铌酸锂（0.130）、钛酸锶（0.200），最后，位于钻石（0.044）正上方的是合成金红石（0.300）

62钻石的光泽：金刚光泽钻石的性质——光学性质钻石有高的折射率和高的硬度，所以有好的抛光质量，显示最好的金刚光泽。五、光泽是一种表面光辉，取决于宝石的折射率，也取决于宝石的抛光程度。

63钻石的性质——光学性质

64钻石受电磁辐射（X-射线荧光，阴极发光，紫外荧光）发出的光称为荧光，物质离开辐射源后，继续发光成为磷光。钻石的性质——光学性质六、发光性钻石在高能射线的照射下，能发出不同颜色的可见光的性质，称之为发光性。钻石的发光性与外加的能量性质及本身的性质有关。

65由阴极射出的电子组成，通过在真空管中释放电子或加热金属丝产生。用阴极射线轰击一个物体可产生阴极发光。大多数钻石在X-射线下都发蓝-白色光，这种光具有较长的持续性，被用在从精矿中回收钻石。钻石的性质——光学性质1、X-射线荧光

2、阴极发光阴极发光对于探讨钻石的成因有很大意义，可区分合成钻石与天然钻石。

66用于测试的宝石紫外光的波长分别365nm和254nm。长波紫外光和短波紫外光钻石的性质——光学性质3、紫外荧光

钻石因产地、杂质成分及结构变化不同，部分钻石（约15-25%）在LWUV可见荧光，荧光呈蓝色或黄色、强度不同。67钻石的性质——光学性质

68钻石的性质——光学性质黄色系列：（无色到淡黄色）——蓝色荧光鲜黄钻石：——黄色荧光褐色钻石：——黄绿色荧光

霍普钻石（希望钻石）发很壮观的带粉红色色调的红色磷光，Ⅰa型钻石:如有荧光时发蓝色荧光。Ⅰb型钻石:如有荧光时发桔黄或黄色光。Ⅱ型钻石:如有荧光时发黄绿色荧光。Ⅱb型钻石:LW下惰性，SW下发蓝色甚至红色磷光。许多钻石在紫外光移开后发出磷光69钻石的性质——光学性质

70不同强度的荧光可帮助鉴定群镶钻石及仿制品钻石的性质——光学性质

71当电流通过物体产生的发光现象，许多钻石都具这种发光性，颜色为蓝或绿色，II型钻比I型钻更普遍。通过摩擦、刻划甚至通过挤压而产生的发光现象钻石的性质——光学性质4、摩擦发光钻石抛光时发出暗红色的光，是摩擦引起发光的一种现象。5、电发光

72不含包裹体的钻石在绝氧的真空中加热到1800度而后快速冷却，不会带来任何损害。第五节热学性质钻石的性质——热学性质一、热膨胀性物质受热将朝各个方向膨胀。钻石的热膨胀性非常低，温度的突然变化对钻石的影响很小。但有裂隙或含有热膨胀性大于钻石的矿物包裹体，受

热时将破裂。

73II型钻石的导热性比I型好，IIa型导热性最好。钻石的性质——热学性质二、导热性利用钻石这一性质,设计了一种能快速测试钻石与仿钻石的仪器,称之热导仪导热性是物质将热从一个区域传向另一个区域的能力。钻石是一种非常好的热导体

74钻石的性质——热学性质热导仪

75钻石中以碳原子彼此以共价键结合，在结构中没有自由的电子存在，这是