Dôvody vysokej tvrdosti spinelu
Kryštalická štruktúra spinelu je štvorcový kryštálový systém a každá spinelová bunka obsahuje osem kubických oxidov a jeden oktaedrický oxid. Oktaedrický oxid má väčší priemer ako kubický oxid, čo má za následok väčší objem buniek ako iné kryštály.
Zväčšením objemu bunky sa zväčší rozstup medzi atómami spinelu a uvoľnia sa chemické väzby, vďaka čomu má spinel vyššiu tvrdosť.
Zároveň spinel vykazuje vysoký stupeň symetrie v mriežkových bodoch a kryštálová štruktúra je veľmi stabilná a nie je náchylná na deformáciu alebo deformáciu, čo tiež prispieva k tvrdosti spinelu.
Lepená štruktúra
Spinel má veľmi silnú väzbovú silu a jeho väzbová štruktúra je zmiešanou štruktúrou tetraedrickej a oktaedrickej koordinácie, dĺžka tetraedrickej strany je 0,5 nm a priemer osemstenu je 1 nm.
Keďže oktaedrický oxid má väčší priemer ako tetraedrický oxid, môže vytvárať silnejšie koordinačné väzby s okolitými atómami kyslíka, čím sa zosilňuje väzbová sila.
Okrem toho je väzbová sila v spineli ovplyvnená aj dvojitým pôsobením chemickej väzby a iónovej väzby, pri ktorej sa elektrónový oblak prekrýva a vytvára silnú interakciu, zatiaľ čo iónová väzba môže vytvoriť stabilnejšiu kryštálovú štruktúru prostredníctvom striedavého usporiadania rovnaké ióny.
Chemické zloženie
Na tvrdosť spinelu má vplyv aj chemické zloženie, vo všeobecnosti väčšina spinelu obsahuje hliník a železo zníži tvrdosť spinelu, čo má za následok zvýšenie krehkosti.
Okrem toho sú v spineli ďalšie kovové prvky ako meď, zinok, horčík atď., ich pridaním môže vzniknúť hybrid, zvyšujúci stabilitu a tvrdosť spinelu.
Odlišné chemické zloženie samozrejme ovplyvňuje aj farbu, index lomu a ďalšie vlastnosti spinelu, ktoré sa tu už opakovať nebudú.
Kryštálové defekty sú spôsobené tým, že atómy v spinelových bunkách nie je možné úplne naplniť. Tieto defekty sa aktivujú na povrchu kryštálu alebo vo fonónovom systéme, čo môže ovplyvniť jeho atómovú štruktúru deformáciou, deformáciou, dislokáciou atď., čo vedie k zložitejšej kryštálovej štruktúre spinelu a zvýšeniu tvrdosti.
Bežné kryštálové defekty v spineli, ako je aeróbna vakancia, interferencia železa, defekt kyslíkovej matrice a nerovnovážne poškodenie, majú určitý vplyv na zvýšenie tvrdosti spinelu.
Stresový stav
Stav napätia sa týka vplyvu stavu napätia, sily a smeru na mechanické vlastnosti materiálu.
Keď je na povrch alebo kontaktný povrch materiálu aplikovaný tlak, zmení sa sila a smer kryštálovej štruktúry spinelu, čím sa jeho povrch stane tvrdším, čím sa zvýši tvrdosť spinelu.
Okrem toho sa v procese obrábania alebo chemického leptania zmení aj stav napätia povrchu kryštálu spinelu, čím sa povrch zhustne a zvýši sa tvrdosť spinelu.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED