Les propriétés des matériaux de diamant

Diamant
Un cristal de diamant dans une matrice octaédrique
Général
Catégorie	Natif de non-métaux, minéraux
Formule (Unité récurrente)	Carbone (C)
Identification
Couleur	Le plus souvent incolore à jaune ou brun. Rarement rose, orange, vert ou bleu.
Cristal habitude	Octahedral, sphérique ou massive
Système cristallin	Isométrique
Clivage	Octahedral; parfaite et facile
Fracture	Conchoïdale
Mohs échelle de dureté	10
Lustre	Adamantin à grasse
Traînée	Aucun
Transparence	Effacer de ne pas
Densité	3,516 à 3,525
Indice de réfraction	2,417
Pléochroïsme	Aucun
Fusibilité	Brûlures supérieures à 800 ° C, sur le chauffage plus de 2000 degrés Celsius à l'état solide se décompose sans fusion.
Solubilité	Résistant aux acides, mais se dissout de manière irréversible en acier chaude
Variétés principales
Ballas	Sphérique, structure radiale, cryptocristalline, noir opaque
Bort	Mal formé, cryptocristalline, informe, translucide
Carbonado	Massive, microcristalline, noir opaque

Le diamant est transparent à opaque, optiquement isotrope, 3D- cristallin carbone . C'est le matériau le plus dur naturel connu-en raison de sa forte liaison covalente-encore son ténacité est juste de bonne raison de faiblesses structurelles importantes. L'précise résistance à la traction de diamant est inconnue. Cependant, la résistance à 60 On a observé GPa, et sa résistance intrinsèque théorique a été calculée pour être comprise entre 90 et 225 GPa, en fonction de l'orientation du cristal. Diamant a une haute indice de réfraction (2,417) et modérée dispersion (0,044), des propriétés qui sont examinés avec soin au cours coupe de diamant et qui (avec leur dureté) donner diamants coupés de leur brillance et le feu. Les scientifiques classent en deux types de diamants principal et plusieurs sous-types, en fonction de la nature de défauts cristallographiques présents. traces d'impuretés remplacement substitutionnellement atomes de carbone dans un diamant de réseau cristallin, et dans certains cas de défauts structurels, sont responsables de la vaste gamme de couleurs observées dans le diamant. La plupart des diamants sont électriques isolateurs, mais extrêmement efficace conducteurs thermiques. Le densité de diamant monocristallin (3,52) est assez constante. Contrairement à une idée répandue, le diamant ne est pas la forme la plus stable du carbone solide; graphite a cette distinction.

La dureté et la structure de cristal

Diamant et le graphite sont deux formes allotropiques du carbone: formes pures du même élément qui diffèrent en structure.

Connu pour les anciens Grecs comme Adamas ("tame'sles» ou «bridleless") et parfois appelé catégorique, le diamant est le matériau naturel le plus dur connu, marquant 10 sur le vieux Échelle de Mohs . Le matériel nitrure de bore, lorsque sous une forme structurellement identique à diamant, est presque aussi dur que le diamant; un matériau actuellement hypothétique, beta nitrure de carbone, peut être aussi, sinon plus, sous une forme. En outre, il a été montré 1 2 que ultradur fullerite (C ⁶⁰⁾ (à ne pas confondre avec les P-SWNT fullerite) lors de l'essai de dureté de diamant avec un force de microscope à balayage peut rayer le diamant. À son tour, en utilisant des mesures plus précises, ces valeurs sont maintenant connus pour la dureté du diamant. Un diamant de Type Ha (111) a une valeur de dureté de 167 GPa (± 6) lorsque rayé avec un ultradur pointe fullerite, tandis qu'un échantillon fullerite ultradur a une valeur de 310 GPa lorsqu'il est testé avec une pointe fullerite. Cependant, le test ne fonctionne correctement avec une pointe en matériau plus dur que l'échantillon testé. Cela signifie que la valeur réelle de fullerite ultradur est probable légèrement inférieur à 310 GPa.

Diamants cubes ont une parfaite et facile octaédrique clivage, ce qui signifie qu'ils ont quatre avions-directions suivantes les faces de l'octaèdre où il ya moins d'obligations et donc des points de faiblesse structurelle-le long de laquelle le diamant peut facilement diviser (après un impact contondant), laissant les surfaces lisses. De même, la dureté de diamant est sensiblement directionnel: la direction de la diagonale la plus dure est sur le cube visage, 100 fois plus dur que la direction la plus douce, qui est le plan dodécaèdre. Le plan octaédrique, suivie par les directions axiales sur le plan de cube, sont intermédiaires entre les deux extrêmes. Le processus de coupe de diamant se appuie fortement sur cette dureté directionnelle, car sans elle un diamant serait presque impossible à la mode. Décolleté joue également un rôle utile, surtout dans les grandes pierres où le coupe souhaite retirer le matériau défectueux ou de produire plus d'une pierre de la même pièce de diamants bruts.

Les diamants cristallisent typiquement dans la cubique système cristal ( groupe d'espace ) Et se composent d' tétraédrique , lié de façon covalente atomes de carbone. Un deuxième formulaire appelé lonsdaléite avec symétrie hexagonale est également constaté, mais il est extrêmement rare et est censé pour former que lorsque fulgurante graphite tombe à terre . L'environnement local de chaque atome est identique dans les deux structures. Sur le plan de forme cristalline, les diamants se produisent le plus souvent que automorphe (bien formée) ou arrondie et octaèdres jumelée, octaèdres aplati connu comme macles (avec un contour triangulaire). Autres formes incluent dodécaèdres et (rarement) cubes. Il existe certaines preuves que les interstitiels azote impuretés jouent un rôle important dans la formation des cristaux idiomorphes-les plus gros diamants trouvés, tel que le Cullinan Diamond, ont été informes ou massive. Ces diamants sont de type II et contiennent peu ou pas de l'azote (voir composition et la couleur) donc.

Les visages des octaèdres de diamant sont très brillante en raison de leur dureté; des défauts de croissance sous la forme de trigones ou les figures de corrosion sont souvent présents sur les visages, les anciennes carrières étant triangulaires dont les points sont alignés avec les faces de l'octaèdre. Un diamant de fracture peut être étagée, conchoïdale (coquille, semblable à du verre ) ou irrégulière. Diamants qui sont presque ronde en raison de la tendance de progression des octaèdres sont généralement trouvés enduits dans nyf, une peau gommeuse; la combinaison des faces étagées, des défauts de croissance et nyf produit un "écailleux» ou apparence ondulée, et ces diamants sont appelées plis. Un nombre important de diamants cristallisent anhedrally: ce est, leurs formes sont tellement déformées que quelques faces cristallines sont perceptibles. Certains diamants trouvés dans le Brésil et la République démocratique du Congo sont cryptocristalline et produire opaques de couleur sombre, sphériques, les masses, radiales de minuscules cristaux; ceux-ci sont connus en tant que Ballas et sont importants pour l'industrie car ils ne ont pas les plans de clivage de diamant monocristallin. Carbonado est un opaque similaire forme microcristalline qui se produit dans les masses informes. Comme ballas diamant, carbonado manque clivage et sa densité varie considérablement, de 2,9 à 3,5. Bort, diamants trouvés au Brésil, le Venezuela et le Guyana , sont le type le plus commun de diamants de qualité industrielle, également cryptocristalline ou autrement mal cristallisé, mais possédant clivage, translucidité, et des couleurs plus claires.

Grâce à sa grande dureté et collage moléculaire forte, un diamant taillé de facettes et les bords des facettes sont visiblement la plus plate et la plus nette. Un effet secondaire curieux de la surface de la perfection de diamant est combiné avec l'hydrophobie lipophilie. L'ancienne propriété signifie une goutte d'eau placé sur un diamant va former une gouttelette cohérente, alors que dans la plupart des autres minéraux de l'eau se répandrait pour couvrir la surface. De même, le diamant est inhabituellement lipophile, ce qui signifie la graisse et huile recueillir facilement sur la surface d'un diamant. Considérant que, sur d'autres minéraux pétrole serait former des gouttes cohérentes, sur un diamant l'huile se propage. Cette propriété est exploitée dans l'utilisation de soi-disant «stylos de graisse», qui appliquent une ligne de graisse sur la surface d'un suspect diamant simulant.

Le diamant est si forte en raison de la forme des atomes de carbone font. Ce est une forme 3D très forte, chaque atome de carbone comportant quatre reliée à elle par des liaisons covalentes.

Dureté

Contrairement à la dureté, qui ne désigne résistance aux rayures, le diamant de ténacité ou la ténacité est juste de bon. Ténacité rapporte à la capacité de résister à la rupture des chutes ou des impacts: en raison de clivage parfait et facile de diamant, il est vulnérable à la rupture. Un diamant va briser se il est frappé avec un marteau ordinaire.

Ballas et carbonado diamants sont exceptionnelles, car ils sont polycristallin et donc beaucoup plus difficile que diamant monocristallin; ils sont utilisés pour les bits de profondeur de forage et d'autres applications industrielles exigeantes. Coupes particulières de diamants sont plus sujettes à la casse-comme marquis ou autres coupes coniques comportant des points et peut donc être non assurables par les compagnies d'assurance de bonne réputation. Le culot est une facette (parallèle à la table) donnée au pavillon des diamants taillés spécialement conçus pour réduire le risque de bris ou éclatement. Gaines extrêmement minces ou très minces sont également sujettes à la rupture beaucoup plus élevé.

Cristaux solides étrangers sont généralement présents dans les diamants-ci et d'autres inclusions, telles que les fractures internes ou "plumes" -peut compromettre l'intégrité structurelle d'un diamant. Les diamants taillés qui ont été renforcée pour améliorer leur clarté via remplissage de verre de fractures ou de cavités sont particulièrement fragiles, que le verre ne sera pas résister à nettoyage par ultrasons ou les rigueurs de la torche du bijoutier. diamants de la rupture remplis peuvent se briser si mal traitée.

Propriétés optiques

Le l'éclat d'un diamant est décrit comme «diamant», qui signifie simplement diamant. Ce est l'éclat possible barre plus haut que métal (métallique), et est due à la dureté superlative de diamant. Réflexions sur les facettes d'un diamant bien coupé sont non faussée, en raison de leur planéité. Le indice de réfraction du diamant (telle que mesurée par la lumière de sodium, 589,3 nm) est 2,417; parce que ce est de structure cubique, le diamant est également isotrope. Sa haute dispersion de 0,044 (intervalle BG) se manifeste dans le feu perceptible des diamants taillés. Ce feu-éclairs de couleurs du prisme vu dans transparentes pierres-est peut-être le plus important de diamants propriété optique d'un point de bijoux. L'importance ou la quantité de feu vu dans une pierre est fortement influencée par le choix de diamant taillé et ses proportions associés (en particulier couronner hauteur), bien que la couleur de la carrosserie de diamants fantaisie peut cacher leur feu à un certain degré.

Certains diamants exposition fluorescence de différentes couleurs et intensités de moins longue vague (LW) de lumière ultra-violet (365 nm): Cap pierres de la série (de type Ia, voir composition et la couleur), habituellement fluorescent bleu, et ces pierres peuvent également être phosphorescent jaune. (Ce est une propriété unique parmi les pierres précieuses). Autres couleurs de fluorescence LW possibles sont vertes (généralement en pierres brunes), jaune, mauve, ou rouge (type IIb). Dans diamants naturels il ya généralement peu ou pas de réponse à ondes courtes (SW) ultraviolet, mais l'inverse est vrai pour les synthétiques. Certains diamants de type IIb naturelles peuvent être phosphorescent bleu après l'exposition à SW ultraviolet. Dans naturels, fluorescence sous Rayons X est généralement blanc bleuâtre, jaunâtre ou verdâtre. Certains diamants, en particulier les diamants canadiens, ne montrent pas de fluorescence.

Cap diamants de la série ont une visible spectre d'absorption (comme on le voit à travers une vision directe spectroscope) consistant en une ligne fine dans le violet au 415,5 nm cependant, cette ligne est souvent invisibles jusqu'à ce que le diamant a été refroidi à très basse température. Associés à ce sont des lignes les plus faibles à 478 nm (souvent uniquement cette ligne est visible), 465 nm, 452 nm, 435 nm et 423 nm. Autres pierres montrent bandes supplémentaires: brun, vert, ou de diamants jaunes montrent une bande dans le vert à 504 nm, parfois accompagnée de deux bandes faibles supplémentaires à 537 nm et 495 nm. Les diamants de type IIb peuvent absorber dans le rouge lointain, mais sinon pas montrer spectre d'absorption visible observable.

Laboratoires de gemmologie faire usage de machines spectrophotomètre qui peuvent distinguer naturelle, artificielle, et Couleur- diamants renforcée. Les spectrophotomètres analysent la infrarouge, visible et ultraviolet spectres d'absorption des diamants refroidis avec azote liquide pour détecter les lignes révélateurs absorption qui ne sont pas normalement perceptible.

Propriétés électriques

Sauf pour la plupart des diamants bleus naturels, qui sont des semi-conducteurs en raison de substitution bore impuretés remplacement des atomes de carbone-diamant est une bonne électrique isolateur. Diamants bleus naturelles a récemment récupérés de la mine de diamants Argyle en Australie ont été trouvés devoir leur couleur à une surabondance d' hydrogène des atomes: ces diamants ne sont pas les semi-conducteurs. Diamants bleus naturels contenant du bore et diamants synthétiques dopé par du bore sont des semi-conducteurs de type p . Si un semi-conducteur de type n peut être synthétisé, les circuits électroniques peuvent être fabriqués à partir de diamant. La recherche dans le monde entier est en cours, avec des succès occasionnels signalés, mais rien de précis. En 2002 il a été signalé dans la revue Nature que les chercheurs ont réussi à déposer un film mince de diamant sur une surface de diamant qui est une étape importante vers la fabrication d'une puce de diamant. En 2003 , il a été signalé que NTT a développé un dispositif semiconducteur de diamant. En 2005 rapports sont sortis que l'Institut national des sciences et des technologies industrielles (AIST) au Japon créé un diamant semi-conducteur de type n Et une diode électroluminescente ( LED) produisant 235 nm lumière UV.

En Avril 2004 Nature rapporté que en dessous de la température de transition supraconductrice 4 K, de diamant dopé au bore synthétisé à haute température et haute pression est une masse, supraconducteur de type II . En Octobre 2004 supraconductivité n'a été trouvée à micro-ondes se produire dans fortement dopé au bore dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (MPCVD) de diamant au-dessous de la température de transition supraconductrice de 7,4 K .

Propriétés thermiques

Contrairement à la plupart des isolants électriques, le diamant est un bon conducteur de la chaleur en raison de la forte liaison covalente à l'intérieur du cristal. La plupart des diamants bleus naturels contiennent bore atomes qui remplacent des atomes de carbone dans la matrice cristalline, et qui ont également conductance thermique élevée. .999- ¹² C diamant synthétique monocristallin a le plus haut conductivité thermique de tout connu solide à température ambiante: 2000-2500 W · m / m² · K (200-250 W · mm / cm² · K), cinq fois plus que le cuivre . Étant donné que le diamant a une conductance thermique élevée tel qu'il est déjà utilisé dans la fabrication de semi-conducteur pour empêcher le silicium et autres matériaux semi-conducteurs de la surchauffe. Au bas températures conductivité devient encore mieux que son Fermi électrons peuvent correspondre à la phononique mode de transport près de la normale Point de Debye, et la chaleur de transport plus rapidement, pour surmonter la baisse des chaleur spécifique avec le moins quantique microétats, pour atteindre 41 000 W · m / m² · K à 104 K. Le même diamant au .99999- ¹² C est prévu pour 200 000 W · m / m² · K (20 kW · mm / cm² · K).

Conductivité thermique du diamant est fait usage de par les bijoutiers et gemmologues qui peut employer une sonde thermique électronique pour séparer les diamants de leurs imitations. Ces sondes sont constituées d'une paire de batterie alimenté par thermistances montées en une pointe fine de cuivre. Une des fonctions de thermistance comme un dispositif de chauffage tandis que les autres mesures de la température de la pointe de cuivre: si la pierre étant testé est un diamant, il procédera à l'énergie thermique de la pointe assez rapidement pour produire une chute de température mesurable. Ce test prend environ 2-3 secondes. Cependant, les sondes les plus anciennes seront trompés par moissanite, une imitation de diamant mis en place en 1998 , qui a une conductivité thermique similaire.

Être une forme de carbone, ils peuvent brûler en présence d'oxygène si chauffé au dessus de 800 ° C (1500 ° F). En l'absence d'oxygène, ils peuvent supporter des températures plus élevées, mais seront convertis en graphite éventuellement.

Composition, la couleur, et la stabilité

Diamonds se produisent dans une variété de couleurs restreinte-noir, marron, jaune, gris, blanc, bleu, orange, violet au rose, rouge, et chartreuse. Diamants colorés contiennent défauts cristallographiques, y compris les impuretés de substitution et les défauts structurels, qui causent la coloration. Théoriquement, les diamants purs seraient transparente et incolore. Les diamants sont scientifiquement classés en deux types principaux et plusieurs sous-types, selon la nature des défauts présents et comment ils affectent l'absorption de lumière:

Type I diamant a azote (N) que des atomes de l'impureté principale, à une concentration de 0,1 pour cent. Si les atomes d'azote sont en paires qu'ils ne affectent pas la couleur du diamant; ce sont de type AAI. Si les atomes d'azote sont en grands agrégats paires qu'ils donnent une teinte brune jaune (Tapez IAB). Environ 98 pour cent des diamants de joaillerie sont de type Ia, et la plupart d'entre eux sont un mélange de IaA et matérielle laB: ces diamants appartiennent à la série Cape, nommé d'après la région riche en diamants anciennement connu sous Province du Cap en Afrique du Sud , dont les dépôts sont largement type IA. Si les atomes d'azote sont dispersés à travers le cristal dans des sites isolés (non apparié ou groupées), ils donnent la pierre une teinte jaune ou brun intense occasionnellement (type Ib); les rares diamants Canaries appartiennent à ce type, qui ne représente qu'un pour mille de diamants naturels connus. Diamant synthétique contenant de l'azote est de type Ib. diamants de type I absorbent tant dans le infrarouge et ultraviolet région, à partir de 320 nm. Ils ont aussi une fluorescence caractéristique et le spectre d'absorption visible (voir propriétés optiques ).

les diamants de Type II sont très peu ou pas d'impuretés d'azote. Type IIa diamant peut être coloré rose, rouge ou brune due à des anomalies structurelles dues par déformation plastique lors de la croissance des cristaux-ces diamants sont rares (1,8 pour cent des diamants de joaillerie), mais constituent un grand pourcentage de la production australienne. Les diamants de Type IIb, qui représentent 0,1 pour cent des diamants de joaillerie, sont généralement un bleu acier ou gris en raison de bore dispersées dans la matrice de cristal; ces diamants sont également semi-conducteurs , contrairement à d'autres types de diamant (voir Propriétés électriques ). Cependant, une surabondance de l'hydrogène peut également donner une couleur bleue; ceux-ci ne sont pas nécessairement de type IIb. les diamants de Type II absorbent dans une région différente de l'infrarouge, et transmettent dans l'ultraviolet au-dessous de 225 nm, à la différence des diamants de Type I. Ils ont aussi des caractéristiques différentes de fluorescence, mais pas de spectre d'absorption visible perceptible.

Certain techniques d'amélioration de diamant sont couramment utilisés pour produire artificiellement une gamme de couleurs, y compris le bleu, vert, jaune, rouge et noir. techniques d'amélioration de Couleur impliquent généralement irradiation, y compris les protons et deuteron bombardement par l'intermédiaire cyclotrons; neutrons bombardement par les piles de réacteurs nucléaires; et électrons bombardement par l'intermédiaire Générateurs Van de Graaff. Ces particules de haute énergie modifient physiquement le diamant de réseau cristallin, frapper atomes de carbone sur place et la production des centres de couleur. La profondeur de pénétration de la couleur dépend de la technique et sa durée, et dans certains cas, le diamant peut être laissé radioactive jusqu'à un certain point.

Il convient de noter que certains diamants irradiés sont complètement naturels et un exemple célèbre est le Diamant Vert de Dresde. Dans ces pierres naturelles la couleur est conférée par "brûlures par irradiation" sous la forme de petites taches, habituellement seulement la peau en profondeur. En outre, les diamants de Type IIa peuvent avoir leurs déformations structurelles "réparés" via un processus à haute température, haute pression (HTHP), supprimant une grande ou la totalité de la couleur du diamant.

À la fin du 18ème siècle , les diamants ont été démontrées à faire du carbone par l'expérience plutôt cher d'enflammer un diamant (au moyen d'un brûlant de verre) dans un oxygène atmosphère et montrant que gaz acide carbonique ( dioxyde de carbone ) est le produit de la combustion. Le fait que les diamants sont les ours combustibles examen plus approfondi car il est lié à un fait intéressant sur les diamants. Les diamants sont carbone cristaux qui se forment au plus profond de la Terre à des températures élevées et des pressions extrêmes. A la pression de l'air de surface (une atmosphère), les diamants ne sont pas aussi stable que le graphite, et ainsi la décomposition de diamant est thermodynamiquement favorable (δ H = -2 kJ / mol). Avaient été précédemment montré diamants à brûler à l'époque romaine.

Ainsi, malgré 1948 annonce la campagne de De Beers, diamants sont certainement pas toujours. Toutefois, en raison d'une très grande barrière d'énergie cinétique, les diamants sont métastable; ils ne seront pas se désintégrer en graphite sous conditions normales.