钻石及立方氮化硼 (cBN)
钻石之硬度源自其名称 (来自古希腊文字 adámas “不易打碎” 的意思) 。
钻石最早于印度被采掘，大约 3000 年以前，它出现在数条河流的冲积层中。
钻石属史上已知的最硬物料，以维氏硬度计算，它介乎70–150十亿帕GPa。钻石亦具有很高的热传导性及电气绝缘属性，而大部份工业用的钻石都是人工合成金刚石，亦即是将石墨透过高压及高温的程序转变成金刚石。
立方氮化硼 (cBN) 之维氏硬度为48十亿帕GPa，它在高温下是不溶解于铁、镍及相关合金中。虽然立方氮化硼的坚硬度不及钻石，它却常被应用于一些钻石会出现「化学磨耗」的情况中。
物料若包含B-C-N三角元素为最坚硬的材料，包括金刚石及立方氮化硼 (cBN)。
Antoine Lavoisier安托万‧ 拉瓦锡
在1772年，安托万‧ 拉瓦锡利用镜片，将太阳的光线聚焦在一颗钻石上。
在一个含氧气的环境下，燃烧后产生的的唯一物质就是二氧化碳，由此证明钻石就是碳。
作为具有4个价电子的最轻元素，碳拥有形成一系列稳定共价键的独特能力，且当中含很多元素，包括它自己。
波尔及碳电子云模型
金刚石及立方氮化硼形态
石墨
四面体晶体
金刚石
石墨内含的碳原子成层迭式，每一粒碳原子键合到另外三粒位于正六边形角落的碳原子，形成一个120° C-C-C键角。此平面排列伸延至2D，形成横向式的六角形排列阵。两层之间的距离 (0.335 nm) 比每层的碳粒子之间的距离更大 (0.142 nm)。由于每个层面会相互滑过，石墨便可充当润滑剂。石墨的结构容许电粒子在电层中轻易移动，同时令电力及热力亦得以传导。
金刚石的碳原子以四面体排列，当中每一粒碳原子附在另外四粒碳原子上，间距为0.154nm，C-C-C 键角角度为 109.5°。它是一个牢固且坚硬的结构，那就是形成金刚石硬度、强度、坚固度、高熔点及对压缩时所产生高阻抗力的因素。
金刚石
立方氮化硼 (cBN)
{100} 4 point
{110} 2 point
{111} 3 point
此图表显示由立方体 (1) 至八面体 (5) 的形态演化：
- 立方体。
- 角位被切削成平面的立方体 (三角形表面呈现在立方体角位)。
- 立方八面体 (三角形表面呈现最大范围)。
- 角位被切削成平面的八面体 (三角形表面交接形成六边形)。
- 八面体。
在实际情况下金刚石可由截半立方体的范围内引申至半成长、不规则及不完整的结晶体。
黑白照片显示两种普遍的人造金刚石磨料粒形状。
以上五种的形态都具有相同并已潜在的立方体结构。
立方氮化硼 (cBN)
琥珀色立方氮化硼晶体
可利用立方氮化硼形态结构选择不同产品。
金刚石的形成
金刚石的形成需要一些特定的环境，就是将碳化物显露在高压 (45000 to 60000 巴bar) 及高温 (摄氏900 to 1300 °C) 的环境中。
这种环境存在于地球上三个地方，
- 在大陆板块下的地幔、
- 陨石坠落现场及高气压、
- 高温加压的环境。
从压力机上取得在反应物料中的金刚石
当金刚石在高压及高温系统中成长时，如使用溶剂催化剂 (例如镍、钴或铁) 以减少动能障碍及为溶解碳充当传输介质，金属夹杂物便因而产生，影响了金刚石的属性。由于环境及成长物料中的氮掺入了金刚石晶格，所以人造金刚石往往附有金黄色调。
钻石的质量最高可包含近1% 氮：
第I种类 – 包含氮，通常由100 至 3000 ppm
第Ia种类 – 包含聚合的氮
第Ib种类 – 包含单替代的氮
第 II 种类 – 很低的氮浓度，通常为 <5 ppm
第 II a种类 - 氮是最主要杂质
第 II b种类 - 硼是一种替代式杂质
化学蒸汽沉积 (CVD)
化学蒸汽沉积是指金刚石从烃类气体混合物开始的成长过程。化学蒸汽沉积的优点是能够在大范围面积及不同的基底物上种植金刚石，对于金刚石的特征得以控制。有别于高压高温系统，此过程并不需要引用超高压力。
化学蒸汽沉积生长的金刚石需要衬底预加工，及底物温度的最优化要求，将不同份量之气体输进培养室，从而产生刺激作用。这类气体包括碳源，通常甲烷及氢气是必不可少的，因为它们能蚀刻非金刚石碳。在成长培养室中，利用微波能源或其他电源，气体可被电离至化学活性自由基。
化学蒸汽沉积金刚石以其粒度大小作分类：< 10 nm, < 50 nm, < 500 μm及单晶 (Type IIa)。透过操控其杂质及颗粒边界，可生产出独立式的多晶金刚石芯片。
