Diamanter:hårda men sköra – varför de inte är okrossbara

Pixtawan/Getty Images

Diamanter är det hårdaste naturligt förekommande materialet på jorden. Namnet kommer från det antika grekiska ordet adámas , som betyder "oövervinnelig" eller "okrossbar". Ändå kan ett slag från en stålhammare krossa en diamant till små skärvor.

Hur kan något vara så svårt och ändå så skört? Förvirringen härrör från hur "hårdhet" definieras. I vardagligt språk betyder hård att vara motståndskraftig mot att böjas, skärs eller går sönder. Inom materialvetenskap kvantifierar hårdhet ett material motstånd mot permanent, lokal deformation. Forskare klassificerar hårdhet i tre typer:

• Hårdhet för repor: mäts genom att dra ett hårdare material över ytan och notera spårdjupet.
• Rebound hårdhet: bestäms genom att tappa ett hammarliknande verktyg med ett hårdare material och mäta studshöjden.
• Intryckshårdhet: erhålls genom att trycka in ett hårdare material i ytan under en fast kraft och mäta fördjupningsdjupet.

Eftersom inget material är hårdare än diamant, deformerar det alltid verktyget snarare än att deformeras själv. Faktum är att diamanter sätter den övre gränsen på de flesta hårdhetsskalor. På Mohs-skalan får diamant maximalt 10.

Låg seghet förklaras

Bjoern Wylezich/Getty Images

Även om hårdhet och seghet ofta används omväxlande i dagligt tal, är de olika inom materialvetenskap. Hårdhet mäter motstånd mot formförändringar; seghet mäter ett materials förmåga att absorbera energi innan det spricker. Enligt denna definition är gummi mycket segare än diamant. En gummiboll kan absorbera ett släggaslag utan att gå sönder, medan en diamant kommer att splittras i otaliga fragment vid den första stöten.

Diamantens låga seghet är rotad i dess kristallstruktur. Varje kolatom är kovalent bunden till fyra grannar, vilket bildar ett styvt gitter som motstår ytdeformation. Denna styvhet gör emellertid gallret sårbart för skjuvspänningar. När en chock fortplantar sig genom kristallen möter den klyvningsplan – föredragna frakturriktningar – som gör att bindningar bryts snabbt, vilket gör att diamanten spricker som ett korthus.

Skär diamanter utan att bryta dem

EgolenaHK/Shutterstock

Diamantskärningens känsliga konst utnyttjar materialets hårdhet samtidigt som det respekterar dess sprödhet. Eftersom inget verktyg är hårdare än diamant använder skärare sågar eller lasrar med diamantspetsar för att skära stenen i önskade vinklar. En stålklyver tvingar sedan fram skårlinjen och delar diamanten längs dess klyvningsplan. Stålets högre seghet gör att det tål skärkraften utan att spricka.

Efter den första splittringen polerar skärare fasetterna med på varandra följande diamantslipmedel. Diamanten hålls i en cementerad hållare, med den oönskade kanten exponerad. Den kanten gnids mot en andra diamant för att ta bort material, vilket skapar en platt yta. Den slutliga poleringen använder sandpapper i diamantpulver, vilket säkerställer en felfri finish.