Kim Cương

Đá quý phổ biến nhất. Chất khó nhất được biết đến. Những công dụng đáng kinh ngạc

Tinh thể kim cương: Một tinh thể kim đá quý được hình thành. Nó là một tinh thể bát diện với các đường tăng trưởng mạnh trên bề mặt của nó và trọng lượng ước tính khoảng 1,5 carats. Từ mỏ Udachnaya, Yakutia, Siberia, Nga. Mẫu và ảnh của Arkenstone

Kim cương là gì?

Kim cương là một khoáng chất quý hiếm, tự nhiên có chứa carbon. Mỗi nguyên tử cacbon trong viên kim cương được bao quanh bởi bốn nguyên tử cacbon khác và liên kết với chúng bằng các liên kết đồng hóa trị mạnh – loại liên kết hoá học mạnh nhất. Sự sắp xếp đơn giản, thống nhất và chặt chẽ này tạo ra một trong những chất bền và linh hoạt nhất được biết đến.

Kim cương là chất tự nhiên được biết đến nhiều nhất. Nó cũng chịu được về mặt hóa học và có độ dẫn nhiệt cao nhất của bất kỳ vật liệu tự nhiên nào. Những tính chất này làm cho nó thích hợp để sử dụng như là một công cụ cắt và cho các ứng dụng khác, nơi độ bền là cần thiết. Kim cương cũng có đặc tính quang học đặc biệt như là một chỉ số khúc xạ cao, phân tán cao và độ bóng cao. Những đặc tính này giúp làm cho viên kim cương trở thành loại đá quý nổi tiếng nhất thế giới .

Bởi vì kim cương chứa carbon nguyên tố, nhiều người tin rằng nó phải có hình thành từ than đá. Điều này vẫn được giảng dạy trong nhiều lớp học – nhưng điều đó không đúng!

Kim cương được hình thành như thế nào?

Kim cương không có nguồn gốc từ bề mặt trái đất. Thay vào đó chúng hình thành ở nhiệt độ cao và áp lực xảy ra trong lớp vỏ Trái Đất khoảng 100 dặm bên dưới bề mặt của Trái đất.

Hầu hết các viên kim cương phát hiện đã được đưa tới bề mặt trái đất nhờ các vụ phun trào núi lửa nguồn sâu. Những vụ phun trào này bắt đầu trong lớp vỏ, và trên đường đi chúng sẽ xé miếng đá phủ và đưa chúng lên bề mặt trái đất mà không bị tan chảy. Những khối này từ lớp phủ được gọi là xenoliths. Chúng chứa kim cương được hình thành ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao của lớp phủ.

Người ta sản xuất kim cương bằng cách khai thác đá có chứa xenoliths hoặc bằng cách khai thác các loại đất và trầm tích hình thành khi những viên đá mang kim cương biến mất.

Một số kim cương được cho là hình thành trong điều kiện nhiệt độ cao áp suất của các vùng thu hẹp hoặc các khu vực ảnh hưởng tiểu hành tinh. Một số được chuyển đến Trái Đất trong thiên thạch. Không có mỏ kim cương thương mại nào được phát triển trong các mỏ có những nguồn gốc này.

Kim cương quý và Kim cương công nghiệp

Đá quý kim cương là đá có màu sắc và rõ ràng làm cho chúng phù hợp với đồ trang sức hoặc sử dụng đầu tư. Những viên đá này đặc biệt hiếm và chiếm một phần nhỏ trong sản xuất kim cương trên toàn thế giới. Đá quý được bán với vẻ đẹp và chất lượng.

Tinh thể kim cương tự nhiên có trọng lượng riêng khoảng 3,4 đến 3,6. Phạm vi này tồn tại bởi vì hầu hết các viên kim cương chứa tạp chất và có bất thường trong cấu trúc tinh thể của chúng. Kim cương chất lượng đá quý là những viên kim cương hoàn hảo nhất, với tạp chất ở mức tối thiểu. Chúng có trọng lượng riêng gần với 3,52.

Kim cương công nghiệp chủ yếu được sử dụng trong việc cắt, mài, khoan và đánh bóng. Ở đây, độ cứng và đặc tính dẫn nhiệt là những phẩm chất được mua. Kích thước và các biện pháp khác về chất lượng liên quan đến đá quý không quan trọng. Kim cương công nghiệp thường bị nghiền để tạo ra bột mài có kích thước micron. Một số lượng lớn kim cương có chất lượng đá quý nhưng quá nhỏ để cắt được bán vào thị trường thương mại kim cương công nghiệp.

Một minh chứng của sự phân tán: Làm thế nào ánh sáng trắng được tách thành màu sắc thành phần của nó trong khi đi qua lăng kính. Kim cương có độ tán sắc cao. Hình ảnh từ NASA.

Kim cương như một viên đá quý

Kim cương là loại đá quý phổ biến nhất thế giới. Mất chi phí nhiều hơn để chi tiêu cho kim cương so với trên tất cả các loại đá quý khác kết hợp. Một phần lý do phổ biến của kim cương là kết quả của các tính chất quang học của nó – hay phản ứng của ánh sáng. Các yếu tố khác bao gồm thời trang, phong tục, và tiếp thị.

Những viên kim cương có ánh sáng rực rỡ – ánh kim không kim loại cao nhất – được gọi là “adamantine”. Độ sáng cao của chúng mang lại cho họ khả năng phản xạ một tỷ lệ cao ánh sáng tấn công bề mặt của chúng. Đây là một trong những tài sản cho viên ngọc kim cương “lấp lánh”.

Kim cương cũng có độ tán sắc cao. Khi ánh sáng trắng đi qua một viên kim cương, sự phân tán cao này làm cho ánh sáng tách ra thành các màu của thành phần. Sự phân tán là cái cho phép lăng kính tách ánh sáng trắng thành màu sắc của quang phổ. Tài sản phân tán này là những gì cho viên kim cương của họ “cháy” đầy màu sắc.

Kim cương Argyle: Tinh thể kim cương Octahedral từ mỏ Argyle ở Tây Úc. Mỏ Argyle sản xuất kim cương trong một loạt các màu sắc. Hầu hết các viên kim cương Argyle đều có màu nâu, một số màu gần không màu, và một số rất hiếm có màu đỏ, hồng, xanh hoặc tím. Đây là nhà sản xuất kim cương hồng duy nhất trên thế giới. Những viên kim cương đỏ, xanh dương, tím hiếm thấy cũng được tìm thấy ở Argyle.

Chất lượng Đá quý của Kim cương

Chất lượng của một viên đá quý bằng kim cương chủ yếu được xác định bởi bốn yếu tố: màu sắc, cắt, rõ nét và trọng lượng cara. Một phương pháp đánh giá chất lượng kim cương chuẩn được phát triển vào những năm 1950 của Viện kiểm định đá quý Hoa Kỳ và được gọi là “Chất lượng kim cương 4Cs” [5].

Màu sắc: Hầu hết các viên kim cương chất lượng dao động từ không màu đến vàng. Những viên kim cương được đánh giá cao và có giá trị cao nhất là loại kim hoàn toàn không màu. Đây là những viên kim cương được bán với giá cao nhất. Tuy nhiên, một loại đá quý kim cương khác đang ngày càng phổ biến. Đây là những viên kim cương có màu, xuất hiện trong nhiều sắc thái bao gồm màu đỏ, hồng, vàng, tím, xanh, xanh lá cây và nâu. Giá trị của những viên đá này dựa trên cường độ, độ tinh khiết và chất lượng màu sắc của chúng. Chúng thường được gọi là “viên kim cương màu ưa thích” hoặc “ảo giác”. Trung bình, chỉ có một viên kim cương trong số 10.000 có màu sắc mà giành được tên gọi “lạ mắt”. Điều đó làm cho những viên kim cương này rất có giá trị. Một số trong số họ đã bán đấu giá hơn một triệu đô la cho mỗi carat.

Độ tinh khiết: Kim cương lý tưởng không có các vết nứt và các vết bẩn (các hạt vật chất lạ trong hòn đá). Chúng làm giảm sự xuất hiện của đá và can thiệp vào việc đi qua ánh sáng xuyên qua đá. Khi có số lượng lớn, màu tối, vị trí hoặc kích cỡ rõ ràng sẽ làm giảm đáng kể diện mạo của đá quý và giảm giá trị. Chúng cũng có thể làm giảm sức mạnh của đá.

Cắt: Chất lượng thiết kế và thủ công được sử dụng trong cắt kim cương là điều quyết định sự xuất hiện của nó. Các góc độ cắt các mặt cắt, tỷ lệ của thiết kế và chất lượng của đánh bóng là những gì xác định vẻ bề mặt của nó lên, sáng, lấp lánh, hoa văn và lửa. Những viên đá lý tưởng được đánh bóng hoàn hảo để phản xạ cao và phát ra số lượng lửa tối đa. Các mặt có khuôn mặt đều có kích thước và giống hệt nhau. Và các cạnh của từng mặt mặt đối diện hoàn hảo với cạnh xung quanh nó.

Carat: Kim cương được bán theo carat (một đơn vị trọng lượng bằng 1/5 của một gram hoặc 1 / 142nd của một ounce). Các viên kim cương nhỏ thường tốn ít hơn một cara so với các viên đá lớn hơn có chất lượng ngang nhau. Điều này là bởi vì đá rất nhỏ rất phổ biến và những viên đá lớn đặc biệt hiếm hoi.

Kim cương công nghiệp: Những viên kim cương nhỏ, nhỏ hơn 1mm, thích hợp để sử dụng trong công nghiệp như hạt mài mòn. Các loại kim cương công nghiệp có thể là đa tinh thể, có nhiều tạp chất, có độ trong sáng thấp, có vết nứt, có kích thước nhỏ hoặc có một số đặc tính khác làm mất điều kiện cho việc sử dụng trong đá quý hoặc công nghệ.

Tinh thể kim cương hình khối: Một viên tinh thể kim cương xanh. Màu sắc và hình khối pha lê là tự nhiên. Nhiều tinh thể kim cương tự nhiên có hình dạng khối hoặc hình bát diện. Viên kim cương này rộng khoảng 4mm và phù hợp cho mục đích sử dụng trong công nghiệp.

Khoan kim cương: Máy khoan được sử dụng trong khoan giếng dầu. Mỗi đầu cắt có những hạt nhỏ nhôm được nhúng vào kim loại. Những đường cắt ngang qua đá khi chúng quay.

Máy cưa bê tông kim cương: Một máy cưa bê tông với một lưỡi kim cương có đường kính khoảng ba km. Cưa loại này thường được cắt dưới một vòi nước làm mát lưỡi dao, loại bỏ các vết cắt và ngăn ngừa việc sản xuất bụi không khí. Cưa loại này là một cảnh phổ biến nơi đường cao tốc hoặc công việc bê tông khác đang được thực hiện. Hình ảnh Không quân Hoa Kỳ.

Kim cương được sử dụng như một chất mài mòn

Bởi vì kim cương rất cứng (mười trong thang Mohs ) chúng thường được sử dụng như một chất mài mòn. Hầu hết các kim cương công nghiệp được sử dụng cho các mục đích này. Các hạt kim cương nhỏ được nhúng vào lưỡi cưa, khoan và bánh xe nghiền để khoan, khoan hoặc nghiền vật liệu cứng. Chúng cũng có thể được nghiền thành bột và được làm thành bột kim cương được sử dụng để đánh bóng hoặc mài rất mịn. Các phương pháp truyền thống được sử dụng để cắt kim cương thành đá quý và đánh bóng các bề mặt của chúng liên quan đến việc sử dụng các hạt nhỏ của các viên kim cương khác như là phương tiện cắt và đánh bóng.

Nhu cầu dùng kim cương trong lĩnh vực công nghiệp trên toàn thế giới vượt quá nguồn cung cấp thông qua khai thác mỏ. Kim cương tổng hợp đang được sản xuất để đáp ứng nhu cầu công nghiệp này. Chúng có thể được sản xuất với chi phí thấp hơn carat so với các viên kim cương đã khai thác và chúng chỉ hoạt động tốt trong sử dụng công nghiệp.

Các công dụng khác của Kim cương

Hầu hết các kim cương công nghiệp được sử dụng làm chất mài mòn. Tuy nhiên, kim cương được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác.

Cửa sổ kim cương được làm từ màng kim cương mỏng và được sử dụng để trang trải các lỗ ở laser, máy chụp X quang, và buồng chân không. Chúng có độ trong suốt, rất bền và chịu nhiệt và mài mòn.

Vòm loa kim cương làm tăng cường hiệu suất của loa chất lượng cao. Kim cương là một vật liệu rất cứng, và khi được làm thành một mái vòm mỏng, nó có thể rung động nhanh chóng mà không có sự biến dạng làm suy giảm chất lượng âm thanh.

Bồn nước nóng là vật liệu hấp thụ hoặc truyền nhiệt quá mức. Kim cương có độ dẫn nhiệt cao nhất của vật liệu bất kỳ. Nó được sử dụng để dẫn nhiệt ra khỏi các bộ phận nhạy cảm nhiệt của vi điện tử hiệu năng cao.

Ma trận ma sát cực nhỏ là cần thiết trong các thiết bị cơ khí nhỏ bé. Giống như một số đồng hồ có vòng bi đá quý trong các phong trào của họ, kim cương được sử dụng nơi có độ bền cao và độ bền mài mòn là cần thiết.

Các bộ phận chịu mài mòn có thể được sản xuất bằng cách phủ bề mặt bằng một lớp miếng mỏng của viên kim cương. Trong quá trình này, kim cương được chuyển đổi thành một chất bốc hơi trên bề mặt các bộ phận dễ bị hao mòn.

Kim cương cứng như thế nào?

Mặc dù kim cương được biết đến như là vật liệu tự nhiên cứng nhất thế giới và đã được chỉ định độ cứng trên 10 độ Mohs, thông tin đó là một sự đơn giản hóa. Tinh thể kim cương có độ cứng khác nhau theo hướng.

Hướng độ cứng lớn nhất song song với các mặt phẳng tinh thể bát diện. Khi tinh thể kim cương bị cắt và đánh bóng thành đá quý, rất khó để cắt chúng theo hướng đó bằng một chiếc cưa bằng kim cương. Vì vậy, thay vì sử dụng một cưa kim cương hoặc thực hành truyền thống của việc phá vỡ chúng bằng cách cắt bỏ, nhiều công việc này bây giờ được thực hiện bằng cưa laser.

Các mặt cắt song song với hướng tinh thể bát diện cũng rất khó đánh bóng, do đó, các máy cắt hoặc là thay đổi hướng hoặc có nguy cơ để lại một kết cấu da “thằn lằn” ở mặt.

Hướng mềm nhất trong tinh thể kim cương song song với các mặt phẳng khối. Việc đánh bóng tốt nhất được thực hiện trên các mặt phẳng song song với hướng đó. Mặc dù đó là hướng mềm mại nhất trong một viên kim cương, nhưng độ cứng của nó cao gấp nhiều lần corundum, khoáng chất cứng thứ hai của thang đo độ cứng Mohs.

Chất mô phỏng kim cương: Các bức ảnh ở trên so sánh strontium titanat, moissanit và zirconi hình khối với kim cương. Moissanite và zirconia khối có sự phân tán cạnh tranh với kim cương, và sự phân tán của strontium titanate là trên đỉnh. Trong bức ảnh trên, strontium titanate là một vòng tròn 6-milimet. Những viên đá khác có vòng 4mm. Sự khác biệt về kích cỡ này làm cho strontium titanate trở thành một lợi thế.

Kim cương tổng hợp có nhiều màu sắc khác nhau được tạo ra bởi kỹ thuật nhiệt độ cao áp suất cao.

Kim cương tổng hợp

Kim cương là một vật liệu rất có giá trị, và mọi người đã làm việc trong nhiều thế kỷ để tạo ra chúng trong các phòng thí nghiệm và nhà máy. Kim cương tổng hợp là các vật liệu nhân tạo có cùng thành phần hóa học, cấu trúc tinh thể, tính chất quang học và hành vi vật lý như các viên kim cương tự nhiên. Các tên khác được sử dụng cho những viên kim cương nhân tạo này bao gồm: “lab grown”, “created”, “lab-created”, “made-made” và “cultured”. Những cái tên này cho thấy đúng rằng các viên kim cương không được hình thành tự nhiên trên trái đất, thay vào đó, chúng được tạo ra bởi con người.

Kim cương tổng hợp mang tính thương mại đầu tiên đã được hoàn thành vào năm 1954 bởi các nhân viên tại General Electric. Kể từ đó, nhiều công ty đã thành công trong việc sản xuất kim cương tổng hợp cho ngành công nghiệp. Ngày nay, hầu hết kim cương công nghiệp tiêu thụ là tổng hợp, với Trung Quốc là nước dẫn đầu thế giới với sản lượng hơn 4 tỷ carats mỗi năm. Hầu hết các quốc gia công nghiệp hóa quan trọng hiện nay có thể sản xuất kim cương tổng hợp dùng trong công nghiệp trong các nhà máy.

Trong thập niên vừa qua, một số công ty đã phát triển công nghệ cho phép họ tạo ra các viên kim cương tạo ra bằng chất lượng đá quý có chất lượng tốt cho đến vài carat với nhiều màu khác nhau – kể cả không màu. Một số công ty sử dụng các phương pháp áp suất cao, nhiệt độ cao – được gọi là kim cương HTHP. Một số khác tạo ra kim cương bằng cách sử dụng quá trình lắng đọng hóa học – chúng được gọi là viên kim cương CVD. Đá quý nhân tạo của họ đang được bán trong các cửa hàng đồ trang sức và trên internet với một giảm giá đáng kể cho đá tự nhiên của chất lượng tương tự và kích cỡ. Họ có một vẻ đẹp và một mức giá hấp dẫn. Các viên kim cương tổng hợp được yêu cầu phải bán với sự tiết lộ rằng chúng là “tổng hợp” hoặc “tạo ra trong phòng thí nghiệm”.

– Phạm Thị Hòa