Diamanten:hard en toch broos:waarom ze niet onbreekbaar zijn

Pixtawan/Getty Images

Diamanten zijn het hardste natuurlijk voorkomende materiaal op aarde. De naam is afgeleid van het Oudgriekse woord adámas , wat ‘onoverwinnelijk’ of ‘onbreekbaar’ betekent. Toch kan een klap van een stalen hamer een diamant in kleine scherven versplinteren.

Hoe kan iets zo hard en toch zo broos zijn? De verwarring komt voort uit de manier waarop ‘hardheid’ wordt gedefinieerd. In het dagelijks taalgebruik betekent hard dat het bestand is tegen buigen, snijden of breken. In de materiaalkunde kwantificeert hardheid de weerstand van een materiaal tegen permanente, plaatselijke vervorming. Wetenschappers classificeren hardheid in drie typen:

• Krashardheid: gemeten door een harder materiaal over het oppervlak te slepen en de groefdiepte te noteren.
• Rebound-hardheid: Dit wordt bepaald door een hamerachtig stuk gereedschap met een harder materiaal erop te laten vallen en de stuiterhoogte te meten.
• Indrukkingshardheid: verkregen door een harder materiaal met een vaste kracht in het oppervlak te drukken en de indrukkingsdiepte te meten.

Omdat geen enkel materiaal harder is dan diamant, vervormt het altijd het gereedschap en wordt het niet zelf vervormd. In feite bepalen diamanten de bovengrens op de meeste hardheidsschalen. Op de schaal van Mohs scoort diamant de maximale 10.

Lage taaiheid uitgelegd

Bjoern Wylezich/Getty Images

Hoewel hardheid en taaiheid in het alledaagse taalgebruik vaak door elkaar worden gebruikt, zijn ze verschillend in de materiaalkunde. Hardheid meet de weerstand tegen vormverandering; De taaiheid meet het vermogen van een materiaal om energie te absorberen voordat het breekt. Volgens deze definitie is rubber veel sterker dan diamant. Een rubberen bal kan een voorhamerslag opvangen zonder te breken, terwijl een diamant bij de eerste impact in talloze fragmenten uiteenvalt.

De lage taaiheid van diamant is geworteld in de kristalstructuur. Elk koolstofatoom is covalent gebonden aan vier buren, waardoor een stijf rooster ontstaat dat oppervlaktevervorming weerstaat. Deze zelfde stijfheid maakt het rooster echter kwetsbaar voor schuifspanningen. Wanneer een schok zich door het kristal voortplant, stuit hij op splitsingsvlakken (de voorkeursrichtingen voor breuken) waardoor bindingen snel kunnen breken, waardoor de diamant als een kaartenhuis barst.

Diamanten slijpen zonder ze te breken

EgolenaHK/Shutterstock

De delicate kunst van het diamantslijpen maakt gebruik van de hardheid van het materiaal en respecteert de broosheid ervan. Omdat geen enkel gereedschap harder is dan diamant, gebruiken slijpers diamantzagen of lasers om de steen onder de gewenste hoeken te snijden. Een stalen hakmes forceert vervolgens de breuklijn, waardoor de diamant langs het splijtvlak wordt gespleten. Dankzij de hogere taaiheid van staal is het bestand tegen de snijkracht zonder te breken.

Na de eerste splitsing polijsten de frezen de facetten met behulp van opeenvolgende diamantschuurmiddelen. De diamant wordt vastgehouden in een gecementeerde houder, waarbij de ongewenste rand zichtbaar is. Die rand wordt tegen een tweede diamant gewreven om materiaal te verwijderen, waardoor een plat vlak ontstaat. Bij de eindpolijst wordt gebruik gemaakt van diamantpoederschuurpapier, wat een onberispelijke afwerking garandeert.