Důvody pro vysokou tvrdost spinelu
Krystalová struktura spinelu je čtvercový krystalový systém a každá spinelová buňka obsahuje osm kubických oxidů a jeden oktaedrický oxid. Oktaedrický oxid má větší průměr než krychlový oxid, což má za následek větší objem buněk než jiné krystaly.
Zvětšením objemu buňky se zvětší rozteč atomů spinelu a uvolní se chemické vazby, díky čemuž má spinel vyšší tvrdost.
Zároveň spinel vykazuje vysoký stupeň symetrie v mřížkových bodech a krystalová struktura je velmi stabilní a není náchylná k deformaci nebo deformaci, což také přispívá k tvrdosti spinelu.
Lepená struktura
Spinel má velmi silnou vazebnou sílu a jeho vazebná struktura je smíšená struktura čtyřstěnné a oktaedrické koordinace, délka čtyřstěnu je 0,5 nm a průměr osmistěnu je 1 nm.
Vzhledem k tomu, že oktaedrický oxid má větší průměr než tetraedrický oxid, může vytvářet silnější koordinační vazby s okolními atomy kyslíku, a tak zesilovat vazebnou sílu.
Kromě toho je vazebná síla ve spinelu ovlivněna také dvojím působením chemické vazby a iontové vazby, kdy se elektronový mrak překrývá a vytváří silnou interakci, zatímco iontová vazba může tvořit stabilnější krystalovou strukturu díky střídavému uspořádání stejné ionty.
Chemické složení
Tvrdost spinelu je ovlivněna i chemickým složením, obecně platí, že většina spinelu obsahuje hliník a železo bude snižovat tvrdost spinelu, což má za následek zvýšení křehkosti.
Kromě toho jsou ve spinelu další kovové prvky, jako je měď, zinek, hořčík atd., jejich přidáním lze vytvořit hybrid, zvyšující stabilitu a tvrdost spinelu.
Odlišné chemické složení má samozřejmě vliv i na barvu, index lomu a další vlastnosti spinelu, které se zde nebudou opakovat.
Krystalové defekty jsou způsobeny tím, že atomy ve spinelových buňkách nelze zcela zaplnit. Tyto defekty se aktivují na povrchu krystalu nebo ve fononovém systému, což může ovlivnit jeho atomovou strukturu deformací, deformací, dislokací atd., což má za následek složitější krystalovou strukturu spinelu a zvýšenou tvrdost.
Na zvýšení tvrdosti spinelu mají určitý vliv běžné krystalové defekty spinelu, jako je aerobní vakance, interference železa, defekt kyslíkové matrice a nerovnovážné poškození.
Stresový stav
Stav napětí se týká vlivu stavu napětí, pevnosti a směru na mechanické vlastnosti materiálu.
Při působení tlaku na povrch nebo kontaktní povrch materiálu se změní síla a směr krystalické struktury spinelu, čímž se jeho povrch ztvrdne, čímž se zvýší tvrdost spinelu.
Kromě toho se v procesu obrábění nebo chemického leptání změní i napěťový stav povrchu krystalu spinelu, čímž se povrch zhustí a zvýší se tvrdost spinelu.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED