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前言
“坚如磐石、无坚不摧、固若金汤、牢不可破……“如果说到这些词语 , 你首先会想到什么?相信大多数人都会想到身边的坚硬物体 , 比如岩石、钢铁、合金、钻石等等 。
确实 , 这些物体都非常的结实坚硬 。 从建筑在文明中发展的那一刻 , 地球上的物质就在不断地被人们发现 , 最初石器时代的石头树木 , 对原始人来说坚硬锋利 , 制成武器可用来捕猎;到中世纪金属的大量利用和冶炼技术的提升 , 越来越多的金属也进入到了人们的日常生活之中 。 到了今天 , 先进的科学技术已经能够人工进行材料合成 , 各种高硬度的合金 , 坚硬无比的金刚石在生活中已经非常常见 。
物质的质量与密度
要评判一个物体的坚硬程度 , 那肯定需要从质量、密度上去侧面开始 。 一般而言 , 无论哪种物质 , 不管它的状态如何 , 随着温度、压力改变 , 相应的体积和密度也会发生改变 , 对于不同物质其考虑的条件也会有些改变 。
对整个宇宙来说 , 强大的压力会使天体中物质密度与平常密度相差悬殊 。 在现代物理学中 , 质量表明了物质之间的不同属性 , 主要在“惯性质量“和”引力质量“上表现出来 , 物体的质量同时也受到引力场的影响 。
大体来说物体的质量可以在密度与硬度上一定呈现出来 , 但实际上两者间并没有绝对联系 , 不同物质也有不同的计算标准 , 而且所属概念也不同 , 但质量可以靠密度客观的体现出来;而硬度又从材料的局部抗硬物压入能力侧面体现 , 从而形成我们日常对物体坚硬程度的判定 。
地球之硬
在地球上 , 已经有不少被发现或者合成的物质具有相当的硬度 , 例如刚玉、六方金刚石、氮化碳、合金钢、铬等等 。 最让人熟知的可能就是金刚石 , 也就是我们平时所说的钻石 。
金刚石的组成单一 , 只有碳元素 , 稳定的晶体构造使得金刚石拥有强大的硬度 , 而最坚硬的六方金刚石比普通金刚石还要硬一半以上 。 作为重要的工业材料 , 金刚石制作的刀具可以轻松地划开玻璃这类硬度很高的物体 , 而金刚石的外观构造也在珠宝市场上拥有一席地位 。
除了矿物 , 还有金属 , 工业生产的钢铁合金就是非常好的代表 。 硬质合金里就有钨钢这样坚硬无比的金属 , 通过添加金属碳化物烧结的复合钢材拥有非常高的硬度和强度 。 钨钢硬度高、耐热、耐腐蚀 , 即使在1000摄氏度的情况下依旧有很高的强度 , 强大的物理特性使得钨钢可以轻松切开其他普通金属 , 一般用来作为金属切割器材的刀片或者加工材料使用 。
而平常看似脆弱的玻璃 , 如果以特定的形态制作 , 也能够变得跟钢铁一般坚硬 , 甚至超过钢铁 。 这便是鲁伯特之泪 , 这种水滴状的玻璃珠的制作方法非常简单 , 就是让液态玻璃自然滴落在水里冷却 , 所形成的一种像彗星似的的玻璃珠 。
由于玻璃在冷却过程中泪滴状的头部外层迅速冷却后 , 内部仍没有完全凝固 , 这之中产生的残余应力和玻璃外层的拉应力平衡 , 泪滴状的头部便会有高达几百兆帕的抗压力 , 只要能够保证纤细的尾部末端不受到太多的力 , 鲁伯特之泪也不会破碎 , 能够和金属硬碰硬 。
以上这些代表仍不是地球最坚硬的物质 , 现如今被认为地球上的最硬的物质是碳炔 , 让碳原子聚在一起形成的碳链 , 碳原子再键合让碳原子稳固的连接在一起 , 形成了结构稳定且极其强韧的物体 。 碳炔的硬度比钻石强出几十倍 , 比钢铁还要强200多倍 , 即便是石墨烯这种高强度的材料 , 抗拉程度仍能够比其强出几倍 , 非常的强大 。
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