金刚石
金刚石原石
金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石的原身。中国的金刚石探明储量和产量均居世界第10名左右，年产量在20万克拉，钻石主要在辽宁瓦房店、山东蒙阴和湖南沅江流域，其中辽宁瓦房店是目前亚洲最大的金刚石矿山。
金刚石俗称金刚钻。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是自然界由单质元素组成的粒子物质，是碳同素异形体(金刚石，石墨烯，富勒烯，碳纳米管，蓝丝黛尔石等)。
金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，同时金刚石不是只有在地球才有产出，现发现在天体陨落的陨石中也有金刚石的生成态相。
金刚石的用途非常广泛，例如:工艺品和工业中的切割工具。
石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，也是贵重宝石。中国也拥有制造金刚石的技术。需要注意，石墨与金刚石物理性质完全不同。
简介与天然特质
金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为特佳。
钻石它们可以是透明的，也可以是半透明或不透明，也可以是纳米金刚石。许多金刚石带些*色，这主要是由于金刚石中含有杂质。金刚石的折射率非常高，色散性能也很强，这就是金刚石为什么会反射出五彩缤纷闪光的原因。金刚石在X射线照射下会发出蓝绿色荧光。金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。金伯利岩等是它们的母岩，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。如果将金刚石加热到℃时，它会缓慢地变成石墨和二氧化碳气体。
金刚石的颜色取决于纯净程度、所含杂质元素的种类和含量，极纯净者无色，一般多呈不同程度的*、褐、灰、绿、蓝、乳白和紫色等。纯净者透明，含杂质的半透明或不透明。在阴极射线、X射线和紫外线下，会发出不同的绿色、天蓝、紫色、*绿色等色的荧光。在日光曝晒后至暗室内发淡青蓝色磷光。金刚光泽，少数油脂或金属光泽，高折射率，一般为2.40-2.48。
原生金刚石是在地下深外处(--Km)高温(--0℃)高压(45--60)。Pa下结晶而成的，它们主要储存在金伯利岩或钾镁煌斑岩中，其形成年代相当久远。金伯利岩型钻石产地，如南非金伯利矿，约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁。而钾镁煌斑岩型的钻石产地，如澳大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，虽说年轻，也分别已有15.8亿年和9.9亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徙沉淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿，后者形成的则为冲积矿。还有一种金刚石是在外太空产出的，太空撞击纳米金刚石，它同样也是纯的单一的碳单质的特性。
引用亚洲宝石协会(GIG)报告:金刚石的化学成分为C，与石墨同是碳的同质多象变体。在矿物化学组成中，总含有Si、Mg、Al、Ca、Mn、Ni等元素;并常含有Na、B、Cu、Fe、Co、Cr、Ti、N等杂质元素，以及碳水化合物。
金刚石矿物晶体构造属等轴晶系同极键四面体型构造。碳原子位于四面体的角顶及中心，具有高度的对称性。单位晶胞中碳原子间以同极键相连结，距离为pm。常见晶形有八面体、菱形十二面体、立方体、四面体和六八面体等。
金刚石的绝对硬度是刚玉的4倍，石英的8倍。
矿物性脆，贝壳状或参差状断口，在不大的冲击力下会沿晶体解理面裂开，具有平行八面体的中等或完全解理，平行十二面体的不完全解理。矿物质纯，密度一般为-kg/m3。
热导率
金刚石的热导率一般为w/(m·k)，其中Ⅱa型金刚石热导率极高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降，如在室温时为铜的5倍;比热容随温度上升而增加，如在-℃时为.84J/(kg·k)，℃时为.27J/(kg·k);热膨胀系数极小，随温度上升而增高，如在-38.8℃时为0，0℃时为5.6×10-7;在纯氧中燃点为~℃，在空气中为-℃，在绝氧下-℃转变为石墨。金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。
稳定性
金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓Hf、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化;在O2、CO、CO2、H2、Cl2、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。
根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类，并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石，特别是Ⅰa亚型，为常见的普通金刚石，约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具有良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。由于Ⅱ型金刚石的性能优异，因此多用于空间技术和尖端工业。
世界上最大的工业用金刚石和宝石级金刚石都超过克拉(1克拉=毫克)。其中宝石级金刚石的尺寸为10×6.5×5厘米，名叫库利南，年发现于南非的普雷米尔岩管。中国常林钻石，重.克拉，于年被山东临沭县常林大队女社员魏振芳发现，后列为世界名钻。世界金刚石主要产地有南非、澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。
硬度
摩氏硬度10，新摩氏硬度15，显微硬度0kg/mm2，显微硬度比石英高倍，比刚玉高倍。金刚石硬度具有方向性，八面体晶面硬度大于菱形十二面体晶面硬度，菱形十二面体晶面硬度大于六面体晶面硬度。
依照摩氏硬度标准(Mohshardnessscale)共分10级，钻石(金刚石)为最高级第10级。如小刀其硬度约为5.5、铜币约为3.5至4、指甲约为2至3、玻璃硬度为6。
结构性质
金刚石(其中纯净的叫钻石)的化学式C----4个C(碳原子),空间结构为稳定的正四面体交替链接而成.金刚石是原子晶体，一块金刚石是一个巨分子，N个C的聚合体。只能用它的元素符号加注释来表示[C(金刚石)].
钻石就是我们常说的金刚石,它是一种由碳元素组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。还被作为很多精密仪器的部件。金刚石与石墨同属于碳的单质。是一种具有超硬、耐磨、热敏、传热导、半导体及透远等优异的物理性能，素有硬度之王和宝石之王的美称，金刚石的结晶体的角度是54度44分8秒。20世纪50年代，美国以石墨为原料，在高温高压下成功制造出人造金刚石。人造金刚石已经广泛用于生产和生活中，虽然造出大颗粒的金刚石还很困难(所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城)，但是已经可以制成了金刚石薄膜。
六方金刚石的存在在钻石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。在工业上，钻石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具，形状完整的还用于制造首饰等高档装饰品，其价格十分昂贵。也有一种金刚石是SP6杂化的键键合，被称为六方金刚石(蓝丝黛尔石)，现以阐明在自然界存在。
钻石的摩氏硬度为10;由于在自然界物质中硬度最高，钻石的切削和加工必须使用钻石粉来进行。钻石的密度为3.52g/cm，折射率为2.，色散率为0.。
光学性质
(1)亮度(Brilliance)金刚石因为具有极高的反射率，
金刚石其反射临界角较小，全反射的范围宽，光容易发生全反射，反射光量大，从而产生很高的亮度。
(2)闪烁(Scintillation)金刚石的闪烁就是闪光，即当金刚石或者光源、观察者相对移动时其表面对于白光的反射和闪光。无色透明、结晶良好的八面体或者曲面体聚形钻石，即使不加切磨也可展露良好的闪烁光。
(3)色散或出火(Dispersionorfire)金刚石多样的晶面像三棱镜一样，能把通过折射、反射和全反射进入晶体内部的白光分解成白光的组成颜色--红、橙、*、绿、蓝、靛、紫等色光。
(4)光泽(Luster)刚石出类拔萃般坚硬的、平整光亮的晶面或解理面对于白光的反射作用特别强烈，而这种非常特征的反光作用就叫作金刚光泽。
就叫做金刚光泽。
一般分类
金刚石是碳在高温高压条件下的结晶体，是自然界最硬的矿物。其名称来源于希腊文Adamas，意为无法征服的。金刚石是一种稀有、贵重的非金属矿产，在国民经济中具有重要的作用。金刚石按用途分为两类:质优粒大可用作装饰品的称宝石级金刚石，质差粒细用于工业的称工业用金刚石。
宝石级金刚石，又称钻石，光泽灿烂，晶莹剔透，被誉为宝石之王，价值昂贵，是世界公认的第一货品，其占有程度和消费水平往往被视为是衡量个人和国家经济富裕程度的标志。达不到宝石级的金刚石(工业用金刚石)，以其超硬性广泛用于机电、光学、建筑、交通、冶金、地勘、国防等工业领域和现代高、新技术领域。
金刚石按所含微量元素可分为Ⅰ型金刚石和Ⅱ型金刚石两个类型。Ⅰ型金刚石多为常见的普通金刚石。Ⅱ型金刚石比较罕见，仅占金刚石总量的1%~2%。Ⅱ型金刚石因常具有良好的导热性、解理性和半导体性等，多用于空间技术和尖端工业。具微蓝色彩的优质大粒Ⅱ型金刚石视为钻石中之珍品，如重3ct(Carat，克拉)世界著名的库利南钻石，即属此类。
矿物学分类
1类。晶体具有八面体形态，晶面平整均匀，或者带有台阶状发育特征，但生长平面都是()面，很少观察到理想的()平面;晶体是透明的，它们没有带状结构，大多数为无色，但常见淡*色;氮以单位原子形态类质同晶地取代碳，具有顺磁性，以及产生及收光谱N3系的中心，特别是它决定了晶体的*色及蓝色发光作用。
2类。基本形态为立方体;晶体是透明的，没有现带状结构;顺磁中心的单原子态氮杂质含量比较高，这些中心均匀地分布在整个晶体中间，常常显示*色及橙*色的光致发光。
3类。金刚石中有立方形和少数聚形晶体，其特征是形成平面的和不规则的连生体，以及服从从尖晶石律的穿插双晶体;晶体半透明，无色或者在不同程度上的灰色的，或者几乎是黑色的不透明金刚石，内部结构复杂，中心有无色透明区带，在外部有显微包裹体;第三类晶体都是I型金刚石，富集氮杂质，在红外吸光谱中看到了附加谱带。
4类。被称为有壳的金刚石，因为晶体的外层一般是混浊的乳白色，浅灰色或不同程度染有*色或绿色，而内核通常是透明的晶体，具有第一类晶体的同样特点，在带色的外层里常有含量较高的顺磁态氮杂质。
5类。是深色或完全黑色的金刚石，其颜色决定于晶体外层中大量的同生石墨包裹体，晶体的中间部分是透明无色的。
6类。具有放射状条纹结构的球粒金刚石，称为巴拉斯，是金刚石中稀有的结晶形态，一般为完全规则的球形，但也有滴状或梨形，大多数表面有特殊花纹，巴拉斯有无色的，浅灰色的及完全黑色的，其中也有些乳白色，蛋白色的。
7类。半透明金刚石晶体的连生体，晶体本身通常是浅*，有裂纹及石墨包裹体等缺陷而成半透明，组成这些连生体的晶体生长形态是八面体。
8类。属博特类，是大量晶面较好，尺寸大体相同的小晶体的集合体。连生体总的形状是椭圆形或球形，很像小晶体的闭块晶簇。组成连生体的各单体生长形态为八面体，常常有台阶状晶面结构，这造成了假菱形十二面体的发育。
9类。亦属博特类。这类全晶粒质金刚石连生体为不规则的块状，组成它们的颗粒很易区分，没有规整的晶形，集合体不透明，呈深灰及全黑，有时是不均匀的粒状结构。
10类。属卡邦纳多类，是隐晶或微晶体，具有不规则的块状或碎块状，一般的棱角多多少少是浑圆形，无粘结物，不透明具有各种颜色，通常，卡邦纳多表面颜色更重要些，有时外部它们完全是暗色的，而内部是浅色的。
常见种类
石墨
金刚石和石墨不是同种物质，它们是由相同元素构成的同素异型体。所不同的是物理结构特征。二者的化学式都是C。
石墨原子间构成正六边形是平面结构，呈片状;金刚石原子间是立体的正四面体结构。
金刚石的熔点是℃,石墨的熔点是℃~℃(升华)。石墨熔点高于金刚石。
从片层内部来看，石墨是原子晶体;从片层之间来看,石墨是分子晶体(总体说来，石墨应该是混合型晶体);而金刚石是原子晶体。石墨晶体的熔点反而高于金刚石,似乎不可思议，但石墨晶体片层内共价键的键长是1.42×10-10m,金刚石晶体内共价键的键长是1.55×10-10m。同为共价键，键长越小,键能越大，键越牢固，破坏它也就越难,也就需要提供更多的能量，故而熔点应该更高。(主要就是石墨的原子晶体属性导致它的熔点变高)
人造石
人工合成金刚石的方法主要有两种，高温高压法及化学气相沉积法。
高温高压法技术已非常成熟，并形成产业。国内产量极高，为世界之最。
化学气相沉积法仍主要存在于实验室中。
二氧化碳逆转变成金刚石:国内一家单位曾宣称在度的低温下即可实现这一转变，然而相关论文一经发表即遭到他国相关领域专家的强烈质疑，而且论文存在一稿多投的现象，文中数据也有严重不妥。虽然相关人员在相关学术刊物中进行了答疑，此科研成果还是被质疑是国内科研造假又一案例。但是最终不了了之。
纳米金刚石
纳米材料的出现引起世界各国物理学家、化学家、材料学家及工程界、产业界广泛注意的新材料。本文对纳米材料的通性、金刚石的基本性质、纳米金刚石的性质与应用前景、烧结型纳米PCD的聚结机理及性质进行阐述，提示了纳米金刚石聚晶具有金刚石的纳米材料的双重特性，提出了制造纳米金刚石聚晶的可能性。
纳米材料，具有1-nm的纳米尺寸结构，正是由于这种结构，使得它具有单个分子和体相材料之间的特殊性。这些年来，人们对纳米材料的研究已经渗透到许多研究领域。由于其所具有的特殊结构和性质以及广阔的应用前景越来越受到人们的广泛