ダイヤモンド
ダイヤモンド(金剛石、Diamond、ダイアモンドとも言う)は、炭素が高温高圧の地球内部で圧縮され生成される8面体構造を持つ炭素の結晶であり、自然に生成される鉱物の中で最も硬い。(理論的には、ダイヤモンドの炭素原子が一部窒素原子に置換された、立方晶窒化炭素はダイヤモンド以上の硬度を持つと予測される)
ダイヤモンドという名前は、ギリシャ語の adamas (征服できない、なつかない)に由来する。
古くからその硬さは多くのことに利用されており、モース硬度はダイヤモンドを最高値 (10) として作成されており、ヌープ硬度でも飛び抜けて硬いことが知られている。この硬さは、炭素原子間が共有結合していることによる。ダイヤモンド構造は一つの炭素が正四面体の中心にあるとすると、最近接の炭素原子はその四面体の頂点上に存在し、このため炭素間の結合は sp³ 的なもの(強固な共有結合)になっている。一方で、炭素の同素体であるグラファイト(石墨)は、層状の六方晶構造で、層内の結合は sp² 的なものとなっている。この層内では共有結合を有し結合力は比較的強いが、層間はファンデルワールス結合で弱い。
ダイヤモンドは、熱伝導性も非常に高く、絶縁体(バンドギャップは、5.5 eV)であるが、不純物を添加することにより半導体化の試みがなされている。
ダイヤモンドは屈折率 2.417、分散率 0.044、比重 3.52で、透明な鉱物である。光に当てると非常に美しく輝き、装飾用の高価な宝石として流通し、4月の誕生石とされている。美しい輝きを出すためにカッティングの技術が発達した。
ダイヤモンドは、普通の物質や道具では傷つけられないと思われているが、決して無敵の鉱物ではない。「結晶方向に対する角度も考慮し、ごく小さな範囲に瞬間的に大きな力を加える」、「燃焼などの化学反応を人為的に促進する」などの方法で壊すことができる。また、高温下では一部の物質と化学反応を起こすことが知られている。
人工ダイヤモンド
ダイヤモンドを人工的に作ることは古くから試みられてきたが、実際に成功したのは20世紀になってからのことである。1950年代に米国のゼネラルエレクトリック社が高圧合成により初めて人工的にダイヤモンドを作り出した。現在では、ダイヤモンドを人工的に作成する方法は複数が存在し、従来通り炭素に高圧(10,000気圧程度? )をかける方法や、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition: CVD)によりプラズマ状にしたガス(例えば、メタンと水素を混合させたもの)から結晶を基板上で成長させる方法などが知られている。人工ダイヤモンドは不純物の混入などで薄い黄色の結晶となり、また、大きな結晶を得ることが困難であるため、宝飾用途には利用されず、主に工業用ダイヤモンドとして研磨や切削加工に利用されている。
模造ダイヤモンド
宝飾用のダイアモンドの代用品(イミテーション)としては、ジルコニアやガラスが用いられる。
ダイヤモンドと模造ダイヤモンドの見分け方
ダイヤモンドは親油性の物体であり、油脂をはじかない。一方、ジルコニアなどの模造ダイヤモンドは油をはじく性質を持っており、身近な道具を使った方法としては、油性ペンで結晶の上に線を書くことで、ダイヤモンドの真偽の見分けることができる。この、ダイヤモンドの親油性は採石時にも利用されており、ダイヤモンドを含んだ土砂を、バターを塗布した板の上に流すことで,ダイヤモンドを吸着させ、選別している。
工業用途
ダイヤモンドは非常に高価ではあるが、宝飾品としてだけではなく、その硬さが工業用途にも広く利用されている。人工のものや宝飾用途に適さない色の天然の結晶が、高硬度材料の研削や非鉄金属の切削に使用される。耐磨耗性が高く、金属との親和性が低いために、非鉄金属の切削では精密加工や鏡面加工に適するが、高温下で鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni) と容易に化学反応を起こす、などの性質のために、鋼など鉄基合金や耐熱合金の切削には適さない。ダイヤモンドが使用できない分野では、代わりに立方晶窒化ホウ素(cBN)の焼結体(「ボラゾン™」)を用いる。
関連事項
カラット ブリリアントカット カラーダイヤ ボラゾン ダイヤモンドと等しい構造を持った結晶