Chemia diamentów: właściwości i rodzaje

Diament jest najtwardszym naturalnym materiałem. The Skala twardości Mohsa, na której diament ma „10”, a korund (szafir) „9”, nie świadczy odpowiednio o tej niesamowitej twardości, ponieważ diament jest wykładniczo twardszy niż korund. Diament jest również najmniej ściśliwą i najsztywniejszą substancją.

Diament jest wyjątkowy przewodnik cieplny - 4 razy lepszy niż miedź - co nadaje znaczenie diamentom nazywanym „lodem”. Diament ma wyjątkowo niską rozszerzalność cieplną, jest chemicznie obojętny w stosunku do większości kwasów i zasad, jest przezroczysty dalekiej podczerwieni przez głęboki ultrafiolet i jest jednym z niewielu materiałów o ujemnej funkcji pracy (elektron powinowactwo). Jedną z konsekwencji ujemnego powinowactwa elektronów jest to, że diamenty odpychają wodę, ale łatwo przyjmują węglowodory, takie jak wosk lub tłuszcz.

Diamenty nie przewodzą dobrze prądu, chociaż niektóre z nich są półprzewodniki. Diament może się palić, jeśli zostanie poddany działaniu wysokiej temperatury w obecności tlenu. Diament ma wysoki ciężar właściwy; jest niezwykle gęsty, biorąc pod uwagę niską masę atomową

Diamentowe kamienie szlachetne są zwykle przezroczyste lub jasnoniebieskie, ale we wszystkich kolorach tęczy znaleziono kolorowe diamenty, zwane „fantazyjnymi”. Bor, który nadaje niebieskawy kolor, a azot, który dodaje żółtą obsadę, są powszechnymi śladowymi zanieczyszczeniami. Dwie skały wulkaniczne, które mogą zawierać diamenty, to kimberlit i lamproit. Kryształy diamentowe często zawierają wtrącenia innych minerałów, takich jak granat lub chromit. Wiele diamentów fluoryzuje od niebieskiego do fioletowego, czasami wystarczająco silnie, aby być widocznym w świetle dziennym. Niektóre fluorescencyjne niebieskie diamenty fosforyzują na żółto (świecą w ciemności podczas reakcji poświatowej).

Naturalne diamenty

Naturalne diamenty są klasyfikowane według rodzaju i ilości znajdujących się w nich zanieczyszczeń.

• Typ Ia - jest to najczęstszy rodzaj naturalnego diamentu, zawierający do 0,3% azotu.
• Typ Ib - bardzo niewiele naturalnych diamentów jest tego typu (~ 0,1%), ale prawie wszystkie syntetyczne diamenty przemysłowe są. Diamenty typu Ib zawierają do 500 ppm azotu.
• Typ IIa - ten typ występuje bardzo rzadko. Diamenty typu IIa zawierają tak mało azotu, że nie można go łatwo wykryć za pomocą metod absorpcji w podczerwieni lub ultrafioletu.
• Typ IIb - ten typ występuje również bardzo rzadko. Diamenty typu IIb zawierają tak mało azotu (nawet mniej niż typ IIa), że kryształ jest półprzewodnikiem typu p.

Syntetyczne diamenty przemysłowe

Syntetyczne diamenty przemysłowe wytworzyły proces wysokociśnieniowej syntezy wysokotemperaturowej (HPHT). W syntezie HPHT grafit i katalizator metaliczny umieszcza się w prasie hydraulicznej w wysokich temperaturach i ciśnieniach. W ciągu kilku godzin grafit przekształca się w diament. Powstałe diamenty mają zwykle kilka milimetrów i są zbyt wadliwe, aby można je było wykorzystać jako kamienie szlachetne, ale takie są niezwykle przydatne jako krawędzie narzędzi skrawających i wierteł oraz do kompresji w celu uzyskania bardzo dużej wysokości presje. (Interesująca uwaga: diamenty nie są używane do obróbki, chociaż służą do cięcia, szlifowania i polerowania wielu materiałów stopy żelaza, ponieważ diament ściera się bardzo szybko, z powodu reakcji w wysokiej temperaturze między żelazem a węgiel.)

Diamenty cienkowarstwowe

Proces nazywany chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) można zastosować do osadzania cienkich warstw polikrystalicznego diamentu. Technologia CVD umożliwia nakładanie powłok o zerowym zużyciu na części maszyn, stosowanie powłok diamentowych w celu odciągania ciepła od elementy elektroniczne, modne okna, które są przezroczyste w szerokim zakresie długości fal i wykorzystują inne właściwości diamenty.