我们都知道，矿物是指在地质作用下天然形成的结晶状纯净物（单质或化合物）。随着物质水平的提高和人民群众对审美水平要求的提高，原本没有价值的矿物因为其颜值的不同被赋予了不同的价格。在本文中，笔者将带大家了解市场中最常见的四种宝石之一——钻石及其矿物学性质和钻石开采背后的故事。

金刚石（钻石）是自然界中硬度最高的矿物，莫氏硬度高达10. 晶体中每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型为金刚石结构，未经琢磨过的晶体外形往往为正八面体。金刚石为等轴晶系，在{111}方向有一完全解理。 所谓等轴晶系，就是有4个三重对称轴以及3个互相垂直的4次对称轴或者3个相互垂直的二重对称轴的晶体。其中的3个互相垂直的4次对称轴或者3个相互垂直的二重对称轴是晶体结晶轴。轴角α=β=γ=90°，轴单位a=b=c。所以凡是等轴晶系的晶体在各个方向上的性质——光学性质、电磁性、折射率都相同。即具有所谓各向同性。金刚石的空间群为Fd3m，属于面心立方的六八面体晶族。所谓解理，指的是矿物受力后会沿一定的方向形成光滑面的特性，与断口互为消长。光滑的平面称为解理面。矿物形成解理的特性是矿物的晶格按某种特殊结构排列并形成薄弱面的表现。由于金刚石的高度对称性，其只有一组解理。

图为钻石的空间结构。

未经打磨的钻石并没有耀眼的光芒，1919年数学家Marcel Tolkowsky发明了一种切割方法，能令钻石在上方看来最为生辉。这种切割方法被称为圆多面型也就是圆形明亮式（Round Brilliant），亦即最为常见的圆形钻石。这种钻石一般标准是有五十七个面或五十八个面，三十三面在冠部，二十四个面或二十五个面（即在底尖处再磨一个面）在腰以下。

钻石的计量单位是克拉，一克拉合200毫克，越大的钻石越稀有，每克拉的价值亦越高。国际上对钻石的衡量标准是4C，重量（Caratage）、净度（Clarity）、颜色（Color）和切工（Cut）。 每一个标准不同机构有不同的分级体系，GIA（Gemological Institute of America）分级体系建于1953年，是最早的标准之一。

在2005年，钻石的价格为下表所示：

与我们想象中不同的是，钻石具有很高的产量。据查证，仅1987年全球就有九千万克拉的年产量，其中一半可以作为切割作为宝石。[1]2012年9月，俄罗斯宣称在其境内的波皮盖陨石坑发现超过全球储量总和的钻石矿。但为何钻石如此昂贵呢？原因就是钻石须透过特定的机构方能交易，是极具封闭性的市场。现今全球过半数的钻石原石集中于英国伦敦的中央统售机构（Central Selling Organization，CSO），全球仅不到百家的看货商可以向该机构购买。其中有知名的钻石品牌商戴比尔斯（De beers，其经典广告词：钻石恒久远，一颗永流传）。

小小的钻石曾经充满了血腥与暴力。天然钻石的开采常常是引起冲突的原因，例如由非洲准军事部队在战地开采并贩卖的钻石称为"血钻"（blood diamonds），又称为“冲突钻石”。由于血钻石是许多原产地国家长期内战的原因，联合国决议，禁止购买来自内战国家的钻石。因为血钻石的交易，有人建议在“4C”制度提升为“5C”制度，在四个标准下再增加“道德”（conscience）这个新标准 ，来证明该钻石并未用来资助战争、在设备安全的钻矿开采以及过程中没有雇用童工或非法外籍劳工。在新制度下，超过一克拉的钻石将附上载有开采钻矿照片的电脑芯片。[2]

亲爱的读者们，如果你们对资本家的所作所为愤愤不平但是又喜欢亮晶晶的东西，笔者给大家推荐一些价廉物美的代替品。它们分别是立方氧化锆、β-碳化硅和人工合成金刚石。

首先来看看立方氧化锆，氧化锆在自然条件下多以单斜晶系的形态存在。法国科学家首先在坩埚中少量合成立方氧化锆单晶，苏联科学家V. V. Osiko在莫斯科列别捷夫物理研究所（Lebedev Physical Institute）改良了人工合成技术。他的发明被称为“颅坩埚”法，其出产的人工宝石在苏联内被称为“Fianit”。这种发明在1973年首次披露，并在1976年开始商业生产。至1980年，以这一方法生产的立方氧化锆年产量已超过5千万卡拉（10,000公斤）。因为这种人工合成方法在苏联发明及最先使用，故此立方氧化锆亦被称为“苏联钻”或“苏联石”。

笔者认为苏联钻 要比真正的钻石更加纯净和美丽，因为合成立方氧化锆是完全没有任何瑕疵的，而且色散率更加高，显得更加耀眼。虽然立方氧化锆的硬度只有8.5-9.0，但是仍然超过了绝大多数天然矿物。虽然钻石和立方氧化锆在密度和光学性质上有细微的区别，但是一般人几乎无法辨认。所以各位男同学们，赠送女朋友钻石时可以使用苏联钻哦。

图为立方氧化锆

立方氧化锆与钻石的导热性为两个极端。立方氧化锆是上佳隔热材料，可被用作喷射引擎隔热。而钻石则是最佳导热体之一，其导热能力超越铜。只要使用适合的器材，这性质最能分辨两者。但是道高一尺魔高一丈，β-碳化硅完美解决了这个问题。

碳化硅具有250种不同的结晶形态，低于1700度合成的β-碳化硅具有类似钻石的闪锌矿结构。[3]碳化硅也具有一定的热导率。

由于金刚石是石墨的同质多像体，就有人思考能否设计一个反应让石墨转化为金刚石，人们模仿地壳中金刚石生成的高温高压环境，成功合成了金刚石。但是由于生产过程中不可避免地混入了N，导致合成的钻石呈黄色，品相较差。2005年，以毛河光为首的研究小组使用气相化学沉积法（CVD）合成了10克拉纯净钻石。[4]但此后毛河光在与钻石公司谈判后签约只将合成钻石卖给钻石公司。

同年中国科学技术大学结构分析实验室采用自己研制的高压反应釜进行实验，用安全无毒的二氧化碳作原料，使用金属钠作为还原剂，在440度和88个大气压的条件下，经过12h的化学反应，成功地将二氧化碳还原成了金刚石。实验室用碳酸镁代替二氧化碳，也成功地合成了金刚石，晶粒尺寸增加到0.51mm，在灯光下闪闪发光.[5]

我们都喜爱美丽的钻石，但是美丽的钻石和罪恶的资本家 挂上勾后就变得如此奢侈，不为人民群众所能享用。那为什么不使用便宜又好看的苏联钻？同时，我国的天然钻石产量不高，为什么不选择我国自主合成的人造钻石呢？

参考文献：

1，余平 世界钻石生产与市场发展动态 珠宝 1990年1期

2，苑执中 新型仿钻石材料合成碳化硅 《中国宝石》1998年 第2期

3，R S Balmer, J R Brandon, S L Clewes, H K Dhillon, J M Dodson1, I Friel, P N Inglis, T D Madgwick, M L Markham, T P Mollart  Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications  Journal of Physics: Condensed Matter

4，林波 冲突矿产：毒树之果 《WTO经济导刊》2016年 第2期

5，陈乾旺 娄正松 王 强 陈昶乐  人工合成金刚石研究进展 中国科学技术大学结构分析重点实验室和化学与材料学院 合肥 230026

[1] 余平 世界钻石生产与市场发展动态 珠宝 1990年1期

[2] 林波 冲突矿产：毒树之果 《WTO经济导刊》2016年 第2期

[3] 苑执中 新型仿钻石材料合成碳化硅 《中国宝石》1998年 第2期

[4] R S Balmer, J R Brandon, S L Clewes, H K Dhillon, J M Dodson1, I Friel, P N Inglis, T D Madgwick, M L Markham, T P Mollart  Chemical vapour deposition synthetic diamond: materials, technology and applications  Journal of Physics: Condensed Matter

[5] 陈乾旺 娄正松 王 强 陈昶乐  人工合成金刚石研究进展 中国科学技术大学结构分析重点实验室和化学与材料学院 合肥 230026