硬度:金剛石的硬度在舊莫氏標(biāo)度上為 10 級,在新莫氏標(biāo)度上是 15 級,努普硬度是 90Gpa 。在任何一種標(biāo)度上,金剛石都是最硬的物質(zhì)。金剛石單晶呈現(xiàn)各向異性的特點,不同晶面上硬度不同,各晶面硬度順序與面網(wǎng)密度的順序一致,即( 111 ) & ( 110 ) & ( 100 )。利用金剛石單晶的各向異性,在使用的時候定向排列,可使金剛石鉆頭或滾輪的耐磨性提高 50 ~ 100 %。
解理與脆性:金剛石雖然很硬,但是很脆,容易發(fā)生八面體解理,這與各面網(wǎng)之間的距離有關(guān)。金剛石發(fā)生解理的順序為:( 111 ) & ( 110 ) & ( 100 ),即( 111 )面最容易發(fā)生解理。金剛石的脆性還與晶體的完整程度有關(guān)。晶體缺陷會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,甚至?xí)鹱匀慌眩欢暾木w有較高的韌性,劈裂所需的應(yīng)力相比之下要大得多。抗沖擊韌性是表征金剛石質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一,可以利用專門的儀器進(jìn)行測定。通過取一定量試樣,在一定條件下作沖擊實驗,然后過篩,測量保持原有粒度的百分?jǐn)?shù),即可間接表示試樣的韌性。
強度:金剛石不僅硬度極高,也是目前已知的強度最高的材料,因此對它進(jìn)行測量比較困難,測量結(jié)果出入也比較大。各種晶形金剛石由于生產(chǎn)工藝、技術(shù)等方面的區(qū)別,強度也因此各不相同,可相差 2 ~ 4 倍。金剛石的強度受它所包含的包裹體、雜質(zhì)結(jié)晶缺陷的影響很大。小的金剛石顆粒往往比大顆粒顯示出更大的強度,存在一個尺寸效應(yīng)。
金剛石其他方面的性質(zhì):金剛石的熔點約為 3700 攝氏度,導(dǎo)熱率居所有已知材料之首,且受溫度影響,并受雜質(zhì)含量支配。除此之外金剛石還由于它的許多其他性質(zhì)而備受關(guān)注,比如不損害生物體,與其他材料之間滑動摩擦系數(shù)小,具有很寬的光傳輸帶等。
附:
金剛石,碳,硬度為10 (舊莫氏)是碳元素構(gòu)成,但并不代表碳元素是最硬的物質(zhì),這與其結(jié)構(gòu)有關(guān),如同是碳元素構(gòu)成的平行網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨就很軟(即硬度低)。在物理學(xué)界,以金剛石(即鉆石)的硬度為最高標(biāo)準(zhǔn)-10級,硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
1.布氏硬度(HB)
以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負(fù)荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度(HR)
當(dāng)HB&450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同,分三種不同的標(biāo)度來表示:
HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。
HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
3 維氏硬度(HV)
以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。
解理與脆性:金剛石雖然很硬,但是很脆,容易發(fā)生八面體解理,這與各面網(wǎng)之間的距離有關(guān)。金剛石發(fā)生解理的順序為:( 111 ) & ( 110 ) & ( 100 ),即( 111 )面最容易發(fā)生解理。金剛石的脆性還與晶體的完整程度有關(guān)。晶體缺陷會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,甚至?xí)鹱匀慌眩欢暾木w有較高的韌性,劈裂所需的應(yīng)力相比之下要大得多。抗沖擊韌性是表征金剛石質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一,可以利用專門的儀器進(jìn)行測定。通過取一定量試樣,在一定條件下作沖擊實驗,然后過篩,測量保持原有粒度的百分?jǐn)?shù),即可間接表示試樣的韌性。
強度:金剛石不僅硬度極高,也是目前已知的強度最高的材料,因此對它進(jìn)行測量比較困難,測量結(jié)果出入也比較大。各種晶形金剛石由于生產(chǎn)工藝、技術(shù)等方面的區(qū)別,強度也因此各不相同,可相差 2 ~ 4 倍。金剛石的強度受它所包含的包裹體、雜質(zhì)結(jié)晶缺陷的影響很大。小的金剛石顆粒往往比大顆粒顯示出更大的強度,存在一個尺寸效應(yīng)。
金剛石其他方面的性質(zhì):金剛石的熔點約為 3700 攝氏度,導(dǎo)熱率居所有已知材料之首,且受溫度影響,并受雜質(zhì)含量支配。除此之外金剛石還由于它的許多其他性質(zhì)而備受關(guān)注,比如不損害生物體,與其他材料之間滑動摩擦系數(shù)小,具有很寬的光傳輸帶等。
附:
金剛石,碳,硬度為10 (舊莫氏)是碳元素構(gòu)成,但并不代表碳元素是最硬的物質(zhì),這與其結(jié)構(gòu)有關(guān),如同是碳元素構(gòu)成的平行網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的石墨就很軟(即硬度低)。在物理學(xué)界,以金剛石(即鉆石)的硬度為最高標(biāo)準(zhǔn)-10級,硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高,耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。
1.布氏硬度(HB)
以一定的載荷(一般3000kg)把一定大小(直徑一般為10mm)的淬硬鋼球壓入材料表面,保持一段時間,去載后,負(fù)荷與其壓痕面積之比值,即為布氏硬度值(HB),單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。
2.洛氏硬度(HR)
當(dāng)HB&450或者試樣過小時,不能采用布氏硬度試驗而改用洛氏硬度計量。它是用一個頂角120°的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球,在一定載荷下壓入被測材料表面,由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗材料硬度的不同,分三種不同的標(biāo)度來表示:
HRA:是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度極高的材料(如硬質(zhì)合金等)。
HRB:是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球,求得的硬度,用于硬度較低的材料(如退火鋼、鑄鐵等)。
HRC:是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料(如淬火鋼等)。
3 維氏硬度(HV)
以120kg以內(nèi)的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度HV值(kgf/mm2)。