Przyczyny wysokiej twardości spinelu

 

Struktura krystaliczna spinelu jest kwadratowym układem kryształów, a każda komórka spinelowa zawiera osiem tlenków sześciennych i jeden tlenek oktaedryczny. Tlenek oktaedryczny ma większą średnicę niż tlenek sześcienny, co skutkuje większą objętością komórki niż inne kryształy.

Zwiększenie objętości komórki powoduje, że odstępy między atomami spinelu są większe, a wiązania chemiczne bardziej rozluźnione, co sprawia, że ​​spinel ma większą twardość.

Jednocześnie spinel wykazuje wysoki stopień symetrii w punktach sieci, a struktura krystaliczna jest bardzo stabilna i niepodatna na odkształcenia czy wypaczenia, co również sprzyja twardości spinelu.

Struktura klejona

Spinel ma bardzo dużą siłę wiązania, a jego struktura wiążąca jest mieszaną strukturą koordynacji czworościennej i oktaedrycznej, długość boku czworościenu wynosi 0,5 nm, a średnica oktaedru wynosi 1 nm.

Ponieważ tlenek oktaedryczny ma większą średnicę niż tlenek czworościenny, może tworzyć silniejsze wiązania koordynacyjne z otaczającymi atomami tlenu, wzmacniając w ten sposób siłę wiązania.

Ponadto na siłę wiązania w spinelu wpływa również podwójne działanie wiązania chemicznego i wiązania jonowego, w którym chmura elektronów nakłada się, tworząc silne oddziaływanie, podczas gdy wiązanie jonowe może tworzyć bardziej stabilną strukturę krystaliczną poprzez naprzemienne ułożenie same jony.

Skład chemiczny

Na twardość spinelu wpływa również skład chemiczny, ogólnie rzecz biorąc, większość spinelu zawiera glin, a żelazo zmniejsza twardość spinelu, powodując wzrost kruchości.

Ponadto w spinelu występują inne pierwiastki metaliczne, takie jak miedź, cynk, magnez itp., ich dodatek może tworzyć hybrydę, zwiększając stabilność i twardość spinelu.

Oczywiście na kolor, współczynnik załamania światła i inne właściwości spinelu wpływają także różne składy chemiczne, o czym nie będziemy tutaj powtarzać.

Defekty kryształów wynikają z faktu, że atomy w komórkach spinelowych nie mogą zostać całkowicie wypełnione. Defekty te aktywują się na powierzchni kryształu lub w układzie fononowym, co może spowodować, że jego struktura atomowa ulegnie zniekształceniu, wypaczeniu, przemieszczeniu itp., co skutkuje bardziej złożoną strukturą krystaliczną spinelu i zwiększoną twardością.

Typowe defekty krystaliczne w spinelu, takie jak wakat tlenowy, interferencja żelaza, defekt matrycy tlenowej i uszkodzenia nierównowagowe, mają pewien wpływ na wzrost twardości spinelu.

Stan stresu

Stan naprężenia odnosi się do wpływu stanu naprężenia, siły i kierunku na właściwości mechaniczne materiału.

Kiedy na powierzchnię lub powierzchnię styku materiału zostanie przyłożony nacisk, siła i kierunek struktury krystalicznej spinelu ulegną zmianie, powodując twardość jego powierzchni, zwiększając w ten sposób twardość spinelu.

Ponadto w procesie obróbki skrawaniem lub trawienia chemicznego zmieni się również stan naprężeń powierzchni kryształu spinelu, powodując w ten sposób większą gęstość powierzchni i zwiększenie twardości spinelu.

 

 

 

 

 

 

 

 

JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED