Razlozi visoke tvrdoće spinela
Kristalna struktura spinele je kvadratni kristalni sistem, a svaka ćelija spinela sadrži osam kubnih oksida i jedan oktaedarski oksid. Oktaedarski oksid ima veći prečnik od kubnog oksida, što rezultira većom zapreminom ćelije od ostalih kristala.
Povećanje volumena ćelije čini razmak između atoma spinela većim, a hemijske veze opuštaju, što čini da spinel ima veću tvrdoću.
Istovremeno, spinel pokazuje visok stepen simetrije u tačkama rešetke, a kristalna struktura je vrlo stabilna i nije sklona izobličavanju ili savijanju, što takođe pogoduje tvrdoći spinela.
Vezana struktura
Spinel ima vrlo jaku silu vezivanja, a njena struktura vezivanja je mješovita struktura tetraedarske i oktaedarske koordinacije, dužina tetraedarske stranice je 0.5 nm, a prečnik oktaedra je 1 nm.
Pošto oktaedarski oksid ima veći prečnik od tetraedarskog oksida, on može formirati jače koordinacione veze sa okolnim atomima kiseonika, čime se pojačava sila vezivanja.
Osim toga, na silu veze u spinelu utječe i dvostruko djelovanje kemijske veze i ionske veze, u kojoj se elektronski oblak preklapa i formira snažnu interakciju, dok ionska veza može formirati stabilniju kristalnu strukturu kroz poređani raspored isti joni.
Hemijski sastav
Na tvrdoću spinela utiče i hemijski sastav, uglavnom većina spinela sadrži aluminijum, a gvožđe će smanjiti tvrdoću spinela, što rezultira povećanjem lomljivosti.
Osim toga, u spinelu postoje i drugi metalni elementi, kao što su bakar, cink, magnezij, itd., njihovim dodavanjem može se formirati hibrid, povećavajući stabilnost i tvrdoću spinela.
Naravno, različiti hemijski sastavi utiču i na boju, indeks prelamanja i druga svojstva spinela, što se ovde neće ponavljati.
Defekti kristala su uzrokovani činjenicom da atomi u ćelijama spinela ne mogu biti potpuno popunjeni. Ovi defekti se aktiviraju na površini kristala ili u fononskom sistemu, što može da utiče na njegovu atomsku strukturu izobličenjem, savijanjem, dislokacijom itd., što rezultira složenijom kristalnom strukturom spinela i povećanom tvrdoćom.
Uobičajeni kristalni defekti u spinelu, kao što su aerobna praznina, interferencija gvožđa, defekt matriksa kiseonika i neravnotežno oštećenje, imaju određeni uticaj na povećanje tvrdoće spinela.
Stresno stanje
Stanje naprezanja se odnosi na učinak naponskog stanja, čvrstoće i smjera na mehanička svojstva materijala.
Kada se pritisak primeni na površinu ili kontaktnu površinu materijala, jačina i smer kristalne strukture spinela će se promeniti, čineći njegovu površinu tvrđom, čime se povećava tvrdoća spinela.
Osim toga, u procesu strojne obrade ili kemijskog jetkanja, naponsko stanje površine kristala spinela također će se promijeniti, čineći površinu gušću i povećavajući tvrdoću spinela.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED