Причини високої твердості шпінелі
Кристалічна структура шпінелі являє собою квадратну кристалічну систему, і кожна комірка шпінелі містить вісім кубічних оксидів і один октаедричний оксид. Октаедричний оксид має більший діаметр, ніж кубічний оксид, що призводить до більшого об’єму комірки, ніж інші кристали.
Збільшення об'єму комірки робить відстань між атомами шпінелі більшою, а хімічні зв'язки більш розслабленими, що робить шпінель більшою твердістю.
У той же час шпінель демонструє високий ступінь симетрії в точках решітки, а кристалічна структура дуже стабільна і не схильна до спотворення або викривлення, що також сприяє твердості шпінелі.
Скріплена структура
Шпінель має дуже сильну зв’язувальну силу, а її сполучна структура є змішаною структурою тетраедрічної та октаедричної координації, довжина сторони тетраедра становить 0,5 нм, а діаметр октаедра – 1 нм.
Оскільки октаедричний оксид має більший діаметр, ніж тетраедричний оксид, він може утворювати сильніші координаційні зв’язки з оточуючими атомами кисню, таким чином посилюючи силу зв’язку.
Крім того, на силу зв’язку в шпінелі також впливає подвійна дія хімічного зв’язку та іонного зв’язку, у якій електронна хмара перекривається, утворюючи сильну взаємодію, тоді як іонний зв’язок може утворювати більш стабільну кристалічну структуру завдяки шаховому розташуванню однакові іони.
Хімічний склад
На твердість шпінелі також впливає хімічний склад, загалом більшість шпінелі містить алюміній, а залізо зменшує твердість шпінелі, що призводить до збільшення крихкості.
Крім того, в шпінелі присутні інші металеві елементи, такі як мідь, цинк, магній і т. д., їх додавання може утворювати гібрид, підвищуючи стабільність і твердість шпінелі.
Звичайно, різні хімічні склади також впливають на колір, показник заломлення та інші властивості шпінелі, які не будемо тут повторювати.
Дефекти кристалів викликані тим, що атоми в осередках шпінелі не можуть бути повністю заповнені. Ці дефекти активуються на поверхні кристала або в фононній системі, що може призвести до того, що його атомна структура може постраждати від спотворення, викривлення, дислокації тощо, що призводить до більш складної кристалічної структури шпінелі та підвищення твердості.
Звичайні кристалічні дефекти шпінелі, такі як аеробні вакансії, інтерференція заліза, дефект кисневої матриці та нерівноважне пошкодження, мають певний вплив на підвищення твердості шпінелі.
Стресовий стан
Напружений стан означає вплив напруженого стану, міцності та напрямку на механічні властивості матеріалу.
Коли на поверхню або контактну поверхню матеріалу прикладається тиск, міцність і напрямок кристалічної структури шпінелі змінюються, роблячи її поверхню твердішою, тим самим збільшуючи твердість шпінелі.
Крім того, у процесі механічної обробки або хімічного травлення напружений стан поверхні кристала шпінелі також буде змінюватися, таким чином роблячи поверхню більш щільною та підвищуючи твердість шпінелі.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED