金刚石的热学性能(thermal properties of diamond)

指金刚石的热导率、比热和熔化温度。金刚石具有很高的热导率。在不同的温度下，金刚石的热导率是不同的。在20℃，工型金刚石热导率为9w／(cm•K)，Ⅱ型金刚石热导率为24w／(cm•K)，Ⅱ_a型金刚石为120W／(cm•K)(最大值)。这些数值可与热导率最高的铜(20℃时为4w／(cm•K))相比的优良数值，作为半导体元件的Ⅱ。型吸热器特别引人注意。

如图，在一定温度范围内，Ⅱ型金刚石导热性比铜高5倍。因此，在某些仪器中用无氮金刚石来使发热元件散热。金刚石的热导率入=1.465W／(cm•K)。它的质量热容C=0.502J／(g•K)，而其体积热容C_v0=1.956J／(cm•K)。金刚石导温系数a=0.83cm²／s。金刚石和某些材料导热性对比列于表中。

金刚石晶体热导率具有各向异性，晶体中等温面的形状是旋转椭圆体，或者可能是三轴椭圆体。资料介绍，沿L₃轴的热导率在2.19到2.32w／(cm•K)之间(平均为2.255)，沿L₄轴在4.80到8.54W／(cm•K)之间。

金刚石比热，在20℃时为0.515J／(9•K)。有效德拜温度，在0～800C范围内为Q_D=(1860±10)K；在0K时，Q_D=(2220±20)K。

用现代测试方法可推算金刚石的线膨胀系数，它随温度不同而异，现列出线膨胀系数如下：

在20℃时，a=(0.8±0.1)×10^-6K^-1

在100℃时，a=(0.4±0.1)×10⁶K^-1；

在100-900℃时，

a=1.5×10^-6～4.8×10^-6K^-1

在150-950℃时，服从格吕奈森斯(Gruneisens)定律。

金刚石熔化温度T=(3700±100)℃。

有缺陷的金刚石晶体，在加热时往往破裂。但是，结晶完好的金刚石晶体，可以加热到1800～1850℃，且可急速冷却，此时它们不仅没有被破坏，反而由于消除了局部应力而使晶体得到强化。

在真空中不加压的情况下，温度约为1900℃时，金刚石便发生多晶转化而生成石墨，这时，由于比热大大增加，金刚石晶体遭到破坏。文献指出，在真空中加热到1800℃时，金刚石晶体完全变黑，而且在晶体上出现了裂缝；当温度达到2000℃时，它们便碎裂成小片。

文献指出，金刚石在更低的温度下便开始发生石墨化，因为在1000～1200℃时能观察到它的表面发黑。但是，必须指出，在此情况下，温度的影响并不产生多晶转化，而只是在氧的作用下金刚石表面形成了石墨的薄膜。金刚石的这类“石墨化”甚至在650℃时也能发生。