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ダイヤモンドの物理的特性

公開日: : ダイヤモンドの基礎知識

ダイヤモンドは、ただ美しいだけではありません。

今回は、ダイヤモンドの物質としての特性を確認していきましょう。

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物理的特性

ダイヤモンドの物質特性(ダイヤモンドのぶっしつとくせい)では、ダイヤモンドの物理、光学、電気そして熱的特性について述べていきます。

ダイヤモンドは炭素の同素体で、ダイヤモンド結晶構造(英語版)と呼ばれる特殊な立方格子で炭素原子が配列しています。

ダイヤモンドは光学的に等方性を持つ鉱物で基本的には透明です。

原子どうしが強い共有結合をしているため、自然界に存在する物質の中で最も硬いのです。

しかし、構造的な欠点があるためダイヤモンドの靱性はあまり良くありません。

引張強さの値は不明で、60GPaまで観測され、結晶方位次第では最大225GPaまで達すると予測されています。

硬度は結晶方向によって違う異方性で、ダイヤモンド加工を行うには注意が必要です。

屈折率2.417と高く、また分散率は0.044と他の鉱物と比較してさほど大きくないのですが、これらの特性がカット加工を施したダイヤモンドの輝きを生み出します。

ダイヤモンドの結晶欠陥の有無により主に4つに分類されます。

大抵のダイヤモンドは電気絶縁体ですが、優れた熱伝導体にもなります。

他の鉱物と異なり、産地や不純物の有無を含め、全てのダイヤモンド結晶の比重はほぼ一定です。

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硬さと結晶構造

ダイヤモンドは古代ギリシャ語で” ἀδάμας “(ラテン文字転写で” adámas “:「固有、独特」、「不変」、「壊れにくい」の意味)として知られ、時にアダマント(adamant, 日本語で「無砕石」と訳される)と言われていました。

ダイヤモンドのモース硬度は「10」で、地球上に存在する物質の中で最も硬いのです。

結晶構造は、各炭素原子が隣り合う4つの原子を共有結合により結合しているため、極めて硬い構造を有します。

窒化ホウ素はダイヤモンドと同じ閃亜鉛鉱構造をしている為、ダイヤモンドの硬度とほぼ等しいです。

現在はβ-C3N4(英語版)という仮想の物質がダイヤモンドと同じ、或いはそれ以上の硬度をもつと予測されています。

純粋なダイヤモンド結晶の[111]方向(立方晶の最長の対角線)に垂直な面をハイパーダイヤモンドの圧子先端で引っ掻いたところ、167GPaの硬度を計測しました。

一方、そのハイパーダイヤモンドの硬度は他のハイパーダイヤモンド圧子で測ると310GPaでした。

この試験は検査対象物よりも硬い圧子先端で行っているため、正確な測定が可能なのです。

恐らくハイパーダイヤモンドの硬度は最大でも310GPaと推測されています。

 

立方晶ダイヤモンドは八面体の面に対して4方向に完全な劈開をもち、切れ味の悪い刃先でも簡単に割れ、滑らかな劈開面が現れます。

また、ダイヤモンドは結晶方位によっても硬度が異なります。

立方体の面の対角線方向が最も硬く、最も軟らかい十二面体の面のそれより100倍の差があり、八面体の面に対する硬度はこの2極値の中間に位置しています。

ダイヤモンドカット加工はこれらの性質を大いに利用しているのです。

特にカリナン・ダイヤモンドのような大きなダイヤモンド原石から傷ついた箇所を除去する時や原石から2つ以上の宝石を作り上げる際は、ダイヤモンドの劈開も役に立ちます。

 

ダイヤモンドは美しいだけでなく、非常に硬度が高い物質です。

しかしながら、角度によっては脆い一面もあります。

ダイヤモンドは大切に取り扱いましょう。

 

引用参考:ダイヤモンドの物質特性

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