钻石明明很硬，为什么受到撞击仍容易碎裂？

嘿，少年郎，

你可知钢丝球的花语是什么来着？

没错，

看一个材料你不能肤浅的只看硬度，

别的参数也极为重要。

我们来简单认识下材料常见的几个力学参数。

首先是硬度（Hardness），

代表的是抗刮擦刻划能力。

简单理解就是二者摩擦硬者胜，

举个例子，

普通低碳钢（铁）的摩氏硬度比玻璃低，

所以虽然你用铁锤可以轻松砸碎玻璃，

但很难划出印子。

而翡翠的硬度在 6.5-7，比玻璃硬，则可以轻松留痕。

所以如果你给爱车整一层玻璃外壳，

就可以有效避免熊孩子划车这种糟心事。

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不过嘛，大家都知道，这事不现实，

因为玻璃太脆了。

这个脆，就是韧性的体现。

韧性更像一个概念，没有单一参数量化，

我们用锤子砸易拉罐会先变形，然后才会断开。

像金属这样断裂前先变形的就是塑性材料，

拉断为止能永久伸出多长的比例就是延伸率。

主要反映的是延性。

甭看了，金刚石几乎没有，这个参数用不着。

而用锤子砸玻璃则会直接碎成一地，

这种破坏前几乎没塑性变形的，我们就称它为脆性材料。

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之所以有这个区别，

主要原因在于分子之间链接的键不同。

金属靠金属键连接，

没有固定的方向和饱和性，

允许晶体之间位错滑移或者孪生，产生塑性变形。

你可以理解成金属原子靠类似磁吸的方式连接在一起，

可以通过形变来吸收冲击。

而玻璃，钻石等材料是共价键连接，

有方向性和饱和性，

你可以简单理解成乐高积木，

只能按固定的插槽插接。

所以这类物质如果形成的晶体，往往有标准形态。

比如雪花是由水分子按氢键方向组成六方晶系，

最终出来的必然是六边形打底，造不出八边的雪。

而像塑料这种高分子材料，

由于其分子量巨大，就像一根根绳索互相缠绕，

拥有更大滑移舒展的潜力，可以通过链段舒展卸力，韧性也就更大。

我们也可以通过交联来限制分子链运动，增加强度，

相对的韧性就会降低。

当然，影响韧性的因素还有很多，

比如宝石虽然在工程力学上是脆性材料，

但软玉在宝石韧性里属于极韧，

经得起精雕细琢。

金刚石评级是脆，摔狠了都可能裂。

只能进行切割（主要也雕不动。）

而相同材质的黑金刚石，韧性评级却是极韧。

之所以出现这个情况，

原因就在于钻石是单晶体，

一旦产生裂纹，应力就会顺着解理面一路撕开，

就像你指甲旁的毛刺，一撕一片疼的嗷嗷叫。

而翡翠和黑金刚是是多晶集合体，

由无数不同形态的小晶体交错咬合，组成交织结构。

如果产生裂纹，无法快速从头裂到尾，

韧性也就上去了。

到这，恭喜你，

发现了韧性的一个重要参数，断裂韧性（KIC）。

就是材料阻止裂纹扩展的能力。

举例来说，

铁锤的断裂韧性约 50+，而钻石的只有 3.4，

这意味着铁锤和钻石互砸，

虽然钻石硬度更高，可以轻松给铁锤干出凹槽，

但一旦破防产生裂纹，先碎的必然是我的玻璃心，

毕竟钻石挺贵的，碎了心疼啊。

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而多大劲能产生第一条裂纹，就得看强度。

强度也是个大概念，有一大堆参数，

和钻石有关的主要是抗压强度，抗拉强度等。

不过在现实世界这几个参数总感觉有点见不得人的 PY 交易。

举例来说。

单晶钻石的抗压强度是天花板级别，大概在 9GPa

如果是来自四面八方的静水压力，

极度抗压。

但现实是丢液压机上没几下就不大行了。

白瞎了这离谱的数值。

原因就在于材料被拉伸时会变细，

被压缩时会变胖，

这就是泊松效应，对应的参数是泊松比。

由于现实里侧向膨胀可能会受到约束或变形不均，

就是不能完全涨开，

这样内部就会产生侧向拉应力，

这股拉应力就需要抗拉强度来抗。

我们看液压机压东西，很多样件会先从侧边垂直裂开。

一般就是这股拉应力在作妖。

由于钻石的抗拉强度比较拉跨，

只有 1050-3000MPa，远低于抗压强度。

当拉应力过高的时候，

很容易就出现抗压正欲死战，抗拉何故先降的乌龙。

而对于钻石这种脆性材料来说，

产生裂纹就很容易一破到底，彻底崩碎。

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除此之外，

单晶钻石还有一个非常致命的罩门——解理面。

啥叫解理面呢？

简单说就是晶体原子会按一定顺序排列堆放，组成晶格。

某些特定的晶面的结合力会特别弱，就有点像木头上的木纹，

如果顺着木纹劈就更容易劈开。这个天生的弱点就是解理面。

比如云母属于极完全解理，可以轻松剥成一片一片，

金刚石沿{111}解理，

食盐沿{100}解理等。

所以如果裂纹刚好顺着解理面产生，金刚石也会很容易被劈开。

这就是为啥钻石明明三维巨高，

却可能被锤子砸碎的原因之一。

除此之外，

常用的力学参数还有：

弹性模量、剪切模量、体积模量、屈服强度、抗剪强度、断裂韧性、冲击韧性、疲劳强度、延伸率、断面收缩率、蠕变极限.....

到这，真心奉劝大家，

快跑！！！！！！