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和美印象钻石画 吸引无数惊羡的目光
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（一）钻石为什么看上去那么璀璨夺目？
钻石的学名是金刚石，有天然开采和人工合成两大类。其英文名diamond，源于阿拉伯字“almas”(“最坚硬的”)或希腊字“Adamas”(“无敌的”)，显然从人类认识金刚石开始，它就是无比坚硬的。
但是，金刚石虽然是世界上最硬的天然物质，却并不代表它“无坚可摧”，相反，你拿一个锤子就能砸碎金刚石。不信的读者可以用老婆的钻戒试试。
这是由于，金刚石的硬度指的是“材料局部抵抗硬物压入其表面的能力”，而金刚石硬度高，但韧性极差，抵御冲击载荷的能力极弱，说人话就是“脆”。
金刚石硬而脆的特性是由其晶体结构决定的。金刚石虽然和石墨一样，都是单质碳，但是金刚石的原子采用sp3杂化，与3个相邻的碳原子以共价键结合成四面体结构，是典型的面心立方点阵结构。这种结构下，碳原子总是沿自由能低的晶面快速扩散堆集长大，使金刚石外形呈规则的多面体，而在特定角度的外加载荷下，金刚石晶体很容易断裂。这也是钻石切工的原理。
而且，天然金刚石是掺杂程度极低的单晶体，也就是原子排布十分规律，这就使得光线在金刚石中折射，产生“色散现象”，呈现出璀璨的光芒，在珠宝鉴赏中称为“火彩”。金刚石每加工出一个面，反射与折射的效果就会增加，看起来就会更加璀璨。不过，金刚石也并非越多面越好，获得最理想的“火彩”，正是首饰钻石切工的价值所在。
光线在钻石内的全反射临界角为24°26′，要消除钻石内漏光区域，必须通过对钻石亭部和冠部切割比例、角度和切割面数量、形状、大小完美测算，再通过最精湛的工艺才能将射入的光线实现全部反射，达到钻石火彩的最佳效果。
（二）中国是世界上最大的人造钻石生产国
在当今的钻石首饰市场，虽然没有权威数据统计人造钻石所占比例，但是早在2014年，钻石行业就开始担忧人造钻石被用于天然钻石珠宝。因为人造钻石在实验室条件下合成的质量已经不逊于天然钻石，而且相比于天然钻石的稀缺和日益高昂的开采成本，人造钻石只是天然钻石造价的一半。
美国宝石学院首席实验室和研究官员Tom Moses曾表示，“天然钻石和人造钻石在化学、物理和光学上的属性完全一样；唯一的不同是形成方式，天然钻石在地下经过几十亿年形成，而实验室生产人造钻石只需要两三天。”
世界上最大的人工钻石制造国是哪里？相信你已经猜到了——中国。
在人造金刚石生产领域，截至到2016年，中国已经连续14年稳居世界首位，中国人造金刚石产量占到全球人造单晶金刚石总产量的90%以上，光2016年的产量就逼近200亿克拉。
让我们来算这样一笔帐：2016年中国登记结婚的新人有1133万对，如果要将这一年人造金刚石产量平均到每对新人的话，约是1800克拉/人。这么一看，是不是每个新娘都能够带范爷那么大的钻戒了？显然不是。
其实，每年全球天然和人造金刚石只有不到10%被用作了首饰，绝大部分都流向了工业界，发挥着这种纯碳晶体绝佳的材料性能。
（三）除了用来欣赏，钻石绝大部分流向工业界
金刚石这么好的光学性能仅仅是观赏看闪光就太可惜了。事实上，金刚石很大的一方面用途就是做光学器件。
金刚石具有从X射线到微波整个波段高的透过率，兼备高硬度、高热导率、高化学稳定性和低膨胀系数，是一种优异的光学材料。用天然金刚石制作的镜片具有极佳的性能，已应用于航天领域。单晶金刚石还能做成大功率激光器的窗口，激光透过率高，耐高温和耐热震，使得激光器的输出功率得到大幅度的提高。
当然，金刚石作为硬质材料制成刀具也是常见的应用。
同时，金刚石具有高热传导率、化学稳定性、低膨胀系数等性能，在一些特别的场合，具有独特的优势。比如，在加工原子核反应堆、精密光学仪器的的反射镜、计算机硬盘、导弹或太空飞行器的导航陀螺、加速器电子枪等。
此外，相对于天然金刚石，人造金刚石可以人为控制合成过程，所以人造金刚石的成分和微观结构都可以进行改变。特别是金刚石有着宽的带隙宽度，载流子迁移率高，击穿电压高，热传导率高，是理想的半导体材料，若n型掺杂得以实现，那么金刚石半导体器件的产业化也将成为可能。
（四）人造钻石何时能替代天然钻石？
有新闻报道称，美国有公司利用人体中的碳为原料做成了骨灰钻石，这会是真的吗？
这就要谈到人造金刚石的技术方法了。
1、人造钻石是怎样合成的？
如今，合成人造金刚石的方法有很多，能够产业化的技术主要有高温高压法（简称HTHP）和化学气相沉积法（简称CVD）。工业合成金刚石，国内外基本上都采用HTHP。
中国合成金刚石在全世界占据绝对优势与自主研发的大型化合成压机、优质硬质合金顶锤、粉末触媒和间接加热工艺（合称粉状工艺）的工业化密不可分。
大型化合成压机是合成金刚石的核心设备，它要创造一个高温（＞1400℃）、高压（＞5GPa）的合成腔体，依碳元素平衡相图，在这个腔体内，使碳原子形成稳定的金刚石晶体。国外常用的是单轴向压力机，通称两面顶压机，而中国则用互成90°的三轴向压力机，这种六面顶压机，靠铰链式结构承载三轴向压力。
对于压力机来说，最关键的零件就是组成合成腔的钉锤。顶锤要承受复杂苛刻的压缩、剪切、拉伸应力的作用，加上加热时瞬时锤面温度达500～600℃，要求近万次反复使用寿命，服役条件十分苛刻。目前，顶锤材料采用WC-Co合金。
铰链式六面顶压机有两个优点：第一个是铰链梁中心部位设计安装高压油缸，油缸内置活塞，高压油压压力从三个轴向推向合成腔体，三轴向压力比两面顶的单轴向压力更有利单晶金刚石生长。它的另一个特点，是只需要6个相同的合金顶锤，不需要两面顶压机的硬质合金压缸，而硬质合金压缸的制造难度很大，成本很高。
中国从1965年设计制造这种六面顶压机，迄今整个行业几乎全采用六面顶压机，并且开始被国外厂商引进。
有了合成的工具，接下来就是解决原料和工艺的问题了。合成金刚石需要的材料包括石墨和金属触媒，从2005年开始，整个合成金刚石行业都开始使用粉状工艺，这种工艺是将石墨粉和触媒粉的混合粉冷压成合成块，随后脱氧处理，处理后的合成块装入叶蜡石的合成腔体中，靠两端导电帽将大电流引入缠绕在合成块周围的碳质之类的薄件发热体上，在合成块周围形成1个加热炉。
从这个技术层面上看，以人体作为碳源来合成金刚石是完全可行的，只不过，由骨灰制成的碳粉最终能够合成到钻石中的比例是很小的，大部分都将会和触媒混合后被后续酸洗作为污水处理掉。而成年人骨灰的碳含量并不算多，考虑到产率，最终得到的钻石也不会太大。
目前，国内外金刚石中杂质含量十分接近，反映在抗压破坏强度（CFS）和热冲击强度指数（TTI）上也非常接近，实测的平均值分别约42%、89%。这就是说，中国人造金刚石从晶形、强度、杂质含量等各方面评价，质量都已达到世界先进水平。
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今日搜狐热点中国EA-03翔龙服役：全球第一！首创钻石翼实用战机，老美没做到
近日，中国EA-03“翔龙”无人机成为军迷们新的关注焦点。这一大型战略侦察无人机，有着奇特的连翼布局 —— 根据近日报道，EA-03“翔龙”是世界上第一种服役的连翼布局作战飞机！那么，为什么EA-03“翔龙”无人机要使用连翼布局呢？这一布局有什么优点？连翼布局，英文名为Joined Wing。它有着菱形的复杂机翼布局，前翼后掠，后翼前掠，在两者翼尖或中部连接成为一个整体。于是两个机翼常常构成菱形框架式布局，也被称为“钻石翼”。美国连翼布局飞机风洞模型之一这一布局，1970年代首先出现在美国，获得专利后一直没有谁将其实用化，而中国“翔龙”是第一种将其实用化、投入实际使用的飞机。外国商业卫星网站出现的EA-03“翔龙”无人机部署照片，据称是该机服役的证据。那么，连翼布局有什么优缺点？为什么“翔龙”无人机要使用它，而至今也只有“翔龙”使用这一布局呢？简单的说，连翼布局与传统机翼布局（例如同为战略级侦察机的美国RQ-4“全球鹰”无人机）相比，有多种优点：重量轻 —— 连翼布局在实现同等升力与操纵控制力的前提下，重量比普通机翼布局要轻。在气动等效的前提下，连翼布局机翼的结构重量，只有普通机翼布局的80%左右。强度大 —— 因为连翼布局是一个框架结构，强度更好，而且翼尖等部分的变形幅度在框架结构下也较小，这也令其重量可以较低一些。阻力小升力大 —— 诱导阻力小，跨音速面积分布更为合理，最大配平升力系数高，这些都有利于增大升力、减少阻力。该布局能够获得直接的升力和侧向控制力，而普通机翼布局基本上需要依靠方向舵、水平尾翼、副翼等常常对飞行性能起副作用的手段来实现方向与俯仰等控制。连翼布局的气动优势具体而言，包括最大升阻比可能超过12，失速迎角超过30°。连翼的后翼升力产生的是一个低头力矩，纵向静稳定性好。综合上述因素，连翼布局飞行中的稳定性和操纵性好比普通机翼布局更好。尺寸小 —— 这个优点在实用方面非常重要，连翼布局要实现同等飞行性能，总体尺寸可以较小，特别是翼展可以小一些，EA-03“翔龙”无人机的翼展就并不太宽，而RQ-4“全球鹰”则有一对堪比较大的波音客机宽度的翅膀。当一架军机大到一定程度时，对机场设施，包括机库、跑道、维护维修工作等方面的要求就会更复杂，影响实用性，因此拥有同等能力的飞机应当越小越好。因为有着这些优点，美国方面很早就在研究能否将连翼布局，用于大型运输机或者高空无人机。下图为采用连翼布局的民航客机想像图。但是这时候，连翼布局的缺陷就暴露了：气动设计难度大 —— 连翼布局包括了前翼、后翼和外翼，每一部分都有着比以往机翼布局更复杂的气流状态，包括了前翼涡 、后翼涡、翼端涡、机身边条涡，以及综合一起产生的复杂新涡流。虽然这些涡流是连翼布局飞行性能更好的原因，但要在真实实用的飞机上有效控制它们，则需要气动设计和控制技术达到全新的高度，否则控制不住的话，连翼飞机反而可能失控、甚至坠毁。举例来说，前面提及后翼的低头力矩令飞机更稳定，但是如果这一力矩太大，则飞机过于稳定，难以操纵，因此需要研究前后翼面积比例、安装尺寸与位置关系，以及相关操纵面的具体细节，从而令静稳定性适中，而不是造出一架很稳定，但却很难改变飞行状态的飞机。重量减轻，需要先进技术才能实现 —— 虽然连翼布局飞机理论上可以比较轻，但如果使用传统材料与机体结构设计方法，这一需要复杂连接的框架结构（上图中那种精美而轻薄的机翼连接结构，难度实在是很大），反而可能无法实现有足够意义的减重效果。因此，连翼布局飞机需要配合先进而复杂的复合材料等高新手段，而且要在“钻石翼”身上独特的前掠、扭转连接等复杂机翼结构上实现，有相当的难度。同时材料与机体结构，也要配合实现前面提及的复杂气动控制手段，两者的结合也是很大的挑战。机翼变形是个大难题 —— 连翼布局另一个重大技术难题，是机翼在飞行中的负载变形幅度。虽然理论上连翼的变形会比常规机翼小，但因为采用这一布局的飞机往往追求高空出色性能，导致展弦比会比较大，所以机翼变形幅度依然较大。这就需要更高水平的解决手段。为了最好的解决这个问题，美国在科研上曾经考虑主动抵消机翼变形的方法，但这些主动手段意味着飞机复杂程度和研制风险显著增加。目前来看，中国EA-03“翔龙”无人机的服役，证明中国科研人员已经成功的突破了这些技术难关。 这充分说明中国与美国在这一高空侦察无人机的全新机翼布局的领域中，至少有着相同的水平，甚至已经领先。中国“翔龙”无人机的服役，说明中国战机发展工作完全不逊色于美国，在不久的将来将实现与美国平起平坐的目标！
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