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I diamanti sono il materiale naturale più duro sulla Terra. Il nome deriva dalla parola greca antica adámas , che significa "invincibile" o "indistruttibile". Eppure un colpo di un martello d'acciaio può frantumare un diamante in minuscoli frammenti.
Come può qualcosa essere così duro e allo stesso tempo così fragile? La confusione deriva da come viene definita la “durezza”. Nel linguaggio quotidiano, duro significa resistente alla flessione, al taglio o alla rottura. Nella scienza dei materiali, la durezza quantifica la resistenza di un materiale alla deformazione permanente e localizzata. Gli scienziati classificano la durezza in tre tipi:
Poiché nessun materiale è più duro del diamante, deforma sempre l'utensile anziché deformarsi esso stesso. In effetti, i diamanti fissano il limite superiore sulla maggior parte delle scale di durezza. Sulla scala di Mohs, il diamante ottiene il punteggio massimo di 10.
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Sebbene durezza e tenacità siano spesso usate in modo intercambiabile nel linguaggio quotidiano, nella scienza dei materiali sono invece distinte. La durezza misura la resistenza al cambiamento di forma; la tenacità misura la capacità di un materiale di assorbire energia prima di fratturarsi. Secondo questa definizione, la gomma è molto più resistente del diamante. Una palla di gomma può assorbire un colpo di mazza senza rompersi, mentre un diamante si frantuma in innumerevoli frammenti al primo impatto.
La bassa tenacità del diamante è radicata nella sua struttura cristallina. Ogni atomo di carbonio è legato covalentemente a quattro vicini, formando un reticolo rigido che resiste alla deformazione superficiale. Tuttavia, questa stessa rigidità rende il reticolo vulnerabile alle sollecitazioni di taglio. Quando uno shock si propaga attraverso il cristallo, incontra piani di clivaggio (direzioni di frattura preferite) che consentono ai legami di rompersi rapidamente, causando la rottura del diamante come un castello di carte.
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La delicata arte del taglio del diamante sfrutta la durezza del materiale rispettandone la fragilità. Poiché nessuno strumento è più duro del diamante, i tagliatori utilizzano seghe o laser con punta diamantata per incidere la pietra agli angoli desiderati. Una mannaia d'acciaio quindi forza la linea di incisione, dividendo il diamante lungo il suo piano di clivaggio. La maggiore tenacità dell'acciaio gli consente di resistere alla forza di taglio senza fratturarsi.
Dopo la spaccatura iniziale, le frese lucidano le sfaccettature utilizzando successivi abrasivi diamantati. Il diamante è tenuto in un supporto cementato, con il bordo indesiderato esposto. Quel bordo viene sfregato contro un secondo diamante per rimuovere il materiale, creando una faccia piatta. La lucidatura finale utilizza carta vetrata con polvere di diamante, garantendo una finitura impeccabile.
