다이아몬드는 얼마나 단단한건가요?

Question

다이아몬드는 여러광물들중에 강도가 강한 보석이라고 합니다. 이 다이아몬드가 얼마나 단단한가요? 일반인들이 판단할 수 있는 강도로 알려주세요.

Answer 1

안녕하세요. 홍성택 과학전문가입니다.

다이아몬드는 천연 광물 중 최상급이자 압도적으로 높은 굳기 혹은 경도(Hardness)를 자랑한다. 모스 굳기계에서 가장 높은 10단계에 위치해 있다.[16] 다른 거의 모든 광물보다 경도가 높은 이러한 특성 때문에, 무척 다양한 분야에서 다이아몬드 가루는 훌륭한 연마재로 사용된다. 이 연마재는 금속 표면에 부착되어 다른 물질을 자르거나 갈아내는 용도로 쓰인다. 다만 철을 포함한 물질을 자르거나 연마하는 용도로는 적합하지 않다. 다이아몬드는 탄소 재질이라 철과의 친화성이 강해서 철을 갈아내면 마모가 급속도로 진행되기 때문. 따라서 철을 자르거나 갈아낼 때는 보통 질화붕소 재질의 날이 달린 공구가 많이 쓰인다.

다이아몬드의 결정 구조는 힘을 고루 분산시키기에, 압축력에 대한 저항이 강하다. 다이아몬드의 압축력에 대한 항복강도(yield strength)는 130-140 GPa로 높은 값을 기록한다. MPa가 아니다.[17] 이 때문에 고압 실험에서 강한 압력을 견뎌주는 모루(anvil)가 된다. 그래서, 이 성질을 이용한 다이아몬드 앤빌(diamond anvil)이라는 고압 실험 장비가 많이 사용되고 있다.

하지만 충격에 대한 저항 혹은 파쇄에 대한 저항이나 열에 대한 저항은 이에 비해 낮다. 다이아몬드의 인성(Toughness)은 약 10 MPa/m0.5 정도로 아주 약한 수준은 아니지만, 공학적 규모에서는 약한 것이다. 쉽게 말해, 강하게 꾸준히 압착하면 (높은 항복강도 덕분에) 변형받지 않고 다이아몬드가 제법 견디겠지만, 쇠망치로 내려치면 (낮은 인성 때문에) 깨지고 말 것이다.[18] 특히 쪼개짐이 나타나는 방향으로 금속날을 대고 망치로 때리면 생각보다 더 쉽게 깨진다. 즉, 다이아 진위 구별에 관한 속설 중 '망치로 내려쳐도 다이아몬드는 부서지지 않는다'는 거짓인 셈이다.[19] 굳기와 인성의 차이에 대한 다른 물질의 예로, 유리창이 고무공에 비해서 경도는 훨씬 높지만 그 고무공을 유리창에 세게 던지면 유리창이 깨진다. 휴대폰의 강화 유리가 스크래치는 잘 안 나는데 깨지는 것도 마찬가지의 경우라고 보면 된다.[20]

출처 : https://namu.wiki/w/%EB%8B%A4%EC%9D%B4%EC%95%84%EB%AA%AC%EB%93%9C#s-2.3

Answer 2

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 이해하기 쉽게 비교하면 다이아몬드로 철판을 그어도 철판이 상하지 다이아몬드는 멀쩡합니다.