莫桑鉆（英語：moissanite），也稱莫桑石、合成莫依桑石、碳化硅、合成碳化硅、碳硅、魔星石或魔星鉆，是一種稀有礦物，由法國化學家亨利-莫桑于1893年發現，礦物學上譯為a-碳硅石。碳硅石可分為天然碳硅石和合成碳硅石，而天然碳硅石又可分為a-碳硅石及β-碳硅石。a-碳硅石又有SiC-15R,SiC-6H,SiC-4H,SiC-21R.SiC-33R,SIC-5R等多型。其中R型屬三方晶系，H型屬六方晶系，它們是屬于隕石礦物及金伯利巖中伴生礦物，在基性巖類中也有產出。而β-碳硅石則是在火山活動中熱液上升時形成的礦物，它屬等軸晶系。
組分為碳化硅，化學式為SiC，莫桑鉆具有與鉆石類似的光學特性、高硬度、高導熱性和熱光澤性。莫桑鉆有金屬球狀包體及由小白點組成的線體（大致平行?C?軸），無熒光反應，具導電性。
以近乎無色的形式用于珠寶用途，廣泛用于鉆石替代物、工業金剛石替代物、電子和熱能器材以及測量放射性劑量中。
主要特性
礦物組成
莫桑鉆是碳化硅（Sic）的晶體，主要為六方晶系的碳化硅4H-SiC和6H-SiC，均屬于α-SiC。
結構特征
莫桑鉆的基本結構是一個由硅原子組成的封閉晶體框架，碳占一半四面體的位點，同時硅原子和碳原子之間存在著相互作用力，或者該結構也可以被看作是一種共價的鉆石衍生物，由交替的Si和C原子形成，通過鍵網絡連接。莫桑鉆中六方碳化硅晶體的晶胞常數a=3.0810和c=15.1248埃，平均層間距離為2.5208埃，c/na比為0.8182，但6H結構沿堆積方向有輕微的松弛，即六邊形偏離了立方體的對稱性。因為莫桑鉆的晶體結構是通過與鉆石類似的強共價鍵結合在一起的，這使得莫桑石能夠承受高達52.1千兆帕的高壓，此外它的顏色差異很大，在鉆石顏色分級表上被分為D至K級。
物理特性
外觀為無色、綠色、黑色、藍色、綠黃色、黃色，與美國寶玉石學院（GIA）鉆石顏色分級尺度的I到V級相當。莫氏硬度為9.25，密度為3.20~3.24g/cm2，金剛光澤，折射率NO≈2.648、Ne≈2.691，雙折射率0.043，可觀察到刻面寶石的棱線呈雙影，色散值0.104，熱導率0.3W/(m·K)，比剛度(E/ρ)13，比重3.22，純線膨脹系數(5.12~5.8）×10-6/℃，熔點有不同資料數據，如3400℃分解、2700℃、2830±40℃，
據 GIA 的報告，80％的均為電導體，晶體屬六方晶體，晶質體，晶體習性為塊狀，非均質體，一軸晶，正光性，紫外熒光:長波:無至橙色，可見光吸收譜:近于無色者在425nm以下有一弱吸收，可見平行針狀、小白點狀包裹體，典型包體為很細的白色針狀或絲狀包體，一般與臺面垂直或近于垂直。
化學性質
碳化硅在還原性氣氛中直至1600℃仍然穩定，在高溫氧化氣氛中則會發生氧化作用
在溫度800-1140℃的范圍內，它的抗氧化能力反而不如在1300-1500℃之間，這是因為在800~1140℃范圍內，氧化生成的氧化膜（SiO2）結構較疏松，起不到充分保護底材的作用。而在1140℃以上，尤其在1300-1500℃之間，氧化生成的氧化層薄膜覆蓋在碳化硅基體的表面，阻礙了氧對碳化硅的進一步接觸，所以抗氧化能力反而加強，稱為自保護作用。但到更高溫度時，其氧化保護層被破壞，使碳化硅遭受強烈氧化而分解破壞。在低溫下，碳化硅的化學性質比較穩定，耐腐蝕性能優良，在煮沸的鹽酸、硫酸及氫氟酸中也不受侵蝕。
形成原因
莫桑石通常是碳星周圍的宇宙塵埃中的常見成分。在宇宙和石隕石中發現的莫桑石幾乎無一例外都是β相晶形的，α-SiC是這些多型體中最為常見的，它是在大于1700℃的溫度下形成的，具有類似鉛鋅礦的六方晶體結構。具有類似鉆石的閃鋅礦晶體結構的β-碳化硅則是在低于1700℃的條件下形成的。
分布區域
天然莫桑鉆僅存在于地核中，又因板塊擠壓，火山爆發所形成的巖漿巖中也有少量莫桑鉆。地表上的莫桑鉆作為包裹體，自然存在于鉆石、斜長巖和其他超基性巖石，如蘭姆巖中，最常發現于超基性巖和石隕石（比如鉀鎂煌斑巖和金伯利巖）中，存量極其稀少且來源比較久遠，比如默奇森隕石中發現的碳化硅顆粒，經分析后表明，其來源于太陽系外。
應用領域
珠寶與鑒別
1997年，莫桑鉆開始作為鉆石替代物。完成打磨的人造莫桑鉆外觀與用作珠寶產品的鉆石的外觀和質量都很相似，且折射率和火彩色散度比鉆石更加高，被認為是鉆石的良好替代物。雖然莫桑鉆與鉆石十分類似，但是莫桑鉆在測量熱導率時會出現熱變色現象，因此可用于鑒別鉆石的真假。同時，莫桑鉆在一定光的照射下會顯示出輕微的綠色或黃色熒光，也可用于鑒別鉆石的真假。
工業
莫桑鉆具備高硬度、高抗沖擊強度及低成本特性，可用于替代高壓測試工業中的金剛石。此外，其在高溫、高壓等極端條件下表現出的優異性能，使其還可應用于高性能陶瓷材料、切削工具等工業產品的制作。莫桑鉆具有良好的導熱性，可用于電子和熱能器材中，如發動機的保護電路、執行器和蓄電系統。同時，莫桑鉆還具有熱光澤性，可用于測量放射性劑量；碳化硅也大量被用于工業研磨和切割、制造復合裝甲、單兵護甲中的防彈板、天文望遠鏡的鏡面材料、生成石墨烯的載體以及鐵路車輛的牽引變流裝置。
發現歷史
1891年，愛德華-古德里奇-艾奇遜（Edward Goodrich Acheson）首次合成出人造碳化硅晶體用來替代鉆石作為研磨和切割材料的備選礦物。
1893年，法國化學家亨利-莫桑（Henri Moissan）在分析亞利桑那州的Canyon Diablo流星坑中的巖石樣本時發現第一例莫桑鉆礦物，并在1904年確定了這些晶體就是碳化硅。除了發現這種材料, 莫桑博士也首次成功合成了這種材料。1905年, 為了表示對他的敬意, 莫桑石(碳硅石) 因此得名。
直到20世紀50年代，除了作為碳質軟玉石隕石中的前太陽晶粒之外，還沒有遇到過其他的莫桑鉆來源。然后，在1958年，在懷俄明州的上地幔綠河地層中發現了莫桑鉆，第二年，在俄羅斯遠東雅庫特鉆石礦的超基性巖石金伯利巖中發現了莫桑鉆的包裹體。
一直到1989年，隨著更多的發現成果公布，人們才確認存在于金伯利巖石中或鉆石的包裹體中的碳化硅確實是自然莫桑鉆。
制備方法
天然莫桑鉆的成因和結晶條件尚不明確。然而科學家們根據莫桑鉆具有極強的還原性這一特性，提出了莫桑鉆是原始超還原地幔或地核-地幔邊界的殘留物的假設。科學家們還提出了由于環境中極高的形成溫度、壓力和極高的含氧量，導致天然莫桑鉆的形成方式與鉆石類似。
Acheson法
在兩碳電極間放人石英砂和木屑、鋸末等，通氣、通電后，這些物質間會反應生成?SiC。Acheson?法從20世紀初開始用于工業生長摩擦材料SiC粉末，少量的SiC單品是工業生長的副產品。Acheson法的特點是自發成核、產率低、生成的?SiC?單晶尺寸小，但污染大。
在工業生產中，用于合成?SiC?的石英砂和焦炭通常含有?Al?和?Fe?等金屬雜質，因此，所得到的?SiC?一般都固溶有少量的雜質。其中，雜質含量少的呈綠色，被稱為綠色碳化硅；雜質含量多的呈黑色，被稱為黑色碳化硅。
Lely法
這是人工合成的莫桑鉆的常用方法。碳化硅粉末在高溫的氬的環境下升華后，再沉積形成鱗片狀的單晶，在較冷的基底上可形成一定尺寸的單晶，但該方法能制備出高品質的碳化硅單晶。在生長溫度較高的環境下生長的單晶，得到的單晶大多數呈6H-碳化硅相。Lely法后在石墨堝中進行感應加熱的改進方式，可以制造出比傳統方法更好的碳化硅單晶。
物理氣相傳輸法（PVT法）
蘇聯科學家泰勒夫（Tairov）和茨維科夫（Tsvetkov）對Lely法加以改進，生長出直徑為8mm、長為8mm的6H-SiC單晶。該方法是將SiC品種放在一個含SiC粉源的坩堝里，坩堝通過中頻感應或電阻爐加熱，使溫度達到2000℃以上，在源或品種之間通過溫度梯度引起Si或C樣本傳輸到品種的表面。這種方法稱為PVT法或改進了的Lely法（M-Lely法）。在PVT法生長碳化硅單晶的過程中，源物質輸運到品種表面的機理為：SiC源在高溫下分解成含Si和C的氣體分子，這些氣體分子再凝聚到較冷的晶種表面。氣相中含有許多不同的化合物分子，主要有Si、Si2C和SiC2分子等。PVT法是生長大尺寸、高質量SiC單晶最好的方法。
化學氣相沉積法
用H2、Ar等載運氣體將含有SiC構成元素Si、C的原料氣體導入反應管內，使SiC單晶在維持高溫狀態的基底上生長。
液相外延生長法（?LPE?)
在石墨坩堝內熔融Si，利用熔融Si的熱對流將高溫區中Si內熔化的C輸運到低溫區。在置于低溫區的6H-碳化硅基底上使6H-SiC得到外延生長。該方法的缺點是：由于Si固化時的強應力，使SiC生長層受到損傷，且不打破坩堝僅用蝕刻除去?Si?的結晶會取不出來，故不太適合于實用化。
彩色合成碳硅石的制備
在合成碳硅石單晶體生長過程中，對晶體進行選擇性摻雜，可得到寬范圍的顏色和色調。雜質濃度不同可以使同種晶體呈現不同色調。純的6H-SiC單晶是無色透明的；若在Ar氣中摻入少量氮，則可生長出綠色的N型單品；若在粉料中摻入鋁，則可得到藍色的P型單品。
品質鑒定
顏色特征
莫桑鉆的顏色多為I級或I色級以下，且有些帶有淺綠色色調。
密度測定
可用碘甲烷比重液（密度3.32g/cm3）測定，莫桑鉆會出現上浮現象，鉆石則下沉。
硬度測定
莫桑鉆硬度小于鉆石，用鉆石硬度計可以在莫桑鉆表面作刻劃試驗會留下劃痕，然而不會在鉆石表面留下劃痕。
復影觀察
莫桑鉆為強雙折射，因此會產生復影，仔細觀察可以看出莫桑鉆棱線及底尖的重影。
測試儀器鑒別
美國C3公司開發的Tester?Model?590測試儀利用無色和淺色鉆石對長波紫外光具有穿透性，而莫桑鉆具有吸收性的原理，測試時無反應者為莫桑鉆。
拉曼光譜法
莫桑鉆主要為六方晶系的碳化硅4H-SiC和6H-SiC，均屬于α-SiC。而鉆石晶體結構屬立方晶系， 且為單質體。因此， 其拉曼特征峰存在明顯差異， 可通過拉曼特征峰位置對莫桑石和鉆石進行鑒別。
安全事宜
環境影響
莫桑石比以往任何仿制品都更接近鉆石， 且部分物理屬性優于鉆石，也更環保。
毒性
液相法合成碳化硅粉體的技術已經較為成熟，利用液相法合成的碳化硅粉體純度高且為納米級的微粉，然而工序較為復雜，且易產生對人體有害的物質。碳化硅粉塵對呼吸道有刺激，經常吸入能使肺結核的原有病變惡化。
參考資料 >
Diamond look-alike comparison chart.gemsociety.org.2023-03-17
Moissanite Gemstone Crystal Meaning, Properties & Benefits.omastrology.com.2023-03-17
General Moissanite Information.webmineral.com.2023-03-17
The Astrophysical Nature of Silicon Carbide.chem.ucl.ac.uk.2023-03-17
The largest telescope mirror ever put into space.esa.int.2023-03-17
Silicon carbide | chemical compound.britannica.com.2023-03-17