金刚石，以其无与伦比的硬度和璀璨的光泽，被人们誉为“宝石之王”。然而，你是否知道，尽管它们都名为金刚石，但其实它们的晶体结构和杂质含量却各不相同，这些差异使得每一颗金刚石都独一无二。今天，我们就来深入探讨一下金刚石晶体的分类、杂质与其特性的关系。
首先，让我们了解一下金刚石的分类。根据其晶体结构和杂质含量，金刚石主要可以分为四种类型：la型、lb型、lla型和llb型。这些分类主要是基于氮杂质在金刚石中存在方式和含量。
la型金刚石
la型金刚石是天然金刚石最为常见的类型，晶体中含有体积分数0.1%以上的氮元素杂质，不具有顺磁性特征，晶体呈现黄色。该类型的金刚石占天然金刚石产量比列的98%以上。它具有高氮含量和特定的晶体结构。这种类型的金刚石机械性能出色，电绝缘性高，但导热性较差，透光波段也相对较窄。这些特性主要是由于la型金刚石中的氮杂质以非顺磁的方式聚集存在，导致其表现出特定的物理性质。大多数天然金刚石都属于这种类型。
lb型金刚石
相比之下，lb型金刚石的含氮量与la型相当，不同的是它所含的氮均以独立的单个氮的形式存在，并以顺磁方式存在。其导热性比la型好得多，此类金刚石呈现出更明显的黄色。在机械强度上它也较差。人造金刚石中，lb型占据了相当大的比列。在天然金刚石中则极为罕见。这是因为在天然金刚石中，受晶体最小内能趋势的约束，随着时间的推移，作为杂质的氮会趋向聚集，而从lb型转化成为la型
lla型金刚石
lla型金刚石中的氮含量极低，这是它与其他类型的主要区别。晶体内部呈无色透明，由于氮含量的降低，lla型金刚石展现出极高的热导性和最宽的透光波段。热导性在室温时为铜的5倍。然而，自然界中这种类型的金刚石也较为稀少，约占天然金刚石的2%。如今，科学家已经通过人工方法成功制得这种低氮含量、高导热的金刚石。
因其高导热性，被广泛用作固体微波器、激光器、高功率品体管、可变电抗二极管、半导体开关器件的散热片等高精尖领域。
llb型金刚石
最后是llb型金刚石，其特点是氮含量远低于la型，但其中含有硼元素，呈极佳的无色和天蓝色。这种类型的金刚石具有P型半导体的特性，自然界中这类金刚石也很少见。在llb型金刚石中，硼元素的作用主要是替代碳原子，形成硼碳共价健，从而改变了金刚石的电子结构和化学性质，例如抗氧化性和耐热性。实验表明，含硼金刚石的表面起始氧化温度比普通金刚石的高150°C-250°C。目前，人们已经可以通过掺杂的方法人工制得半导体金刚石。
llb型金刚石由于其特殊的晶体结构具有高硬度和耐磨特性，因此它可以应用于各种切削工具、钻头和磨轮等工具材料以及高精度机械加工材料，提高加工效率和精度。此外，llb型金刚石还具有半导体的性能，因此也常用于制造整流掐he-三极管等电子元件。由于其具有高光学透过率和低热导率等特点，llb型金刚石还可以用于制造光学器件和激光器等。
通过上述分析，我们可以看见金刚石晶体的分类与杂质之间存在着密切的关系。不同类型的杂质和含量影响了金刚石的物理和化学性质，从而赋予了它们独特的特性和价值。这些知识不仅有助于我们更好地了解这一神奇的宝石之王，同时叶为未来的研究和应用提供了重要的理论基础。有利于我们进一步探索其在高科技领域的应用潜力。
来源：磨料磨具