Razlozi visoke tvrdoće špinela
Kristalna struktura spinela je kvadratni kristalni sustav, a svaka ćelija spinela sadrži osam kubičnih oksida i jedan oktaedarski oksid. Oktaedarski oksid ima veći promjer od kubičnog oksida, što rezultira većim volumenom ćelije od ostalih kristala.
Povećanje volumena ćelije čini razmak atoma spinela većim, a kemijske veze opuštenijima, zbog čega spinel ima veću tvrdoću.
U isto vrijeme, spinel pokazuje visok stupanj simetrije u točkama rešetke, a kristalna struktura je vrlo stabilna i nije sklona iskrivljenju ili savijanju, što također pogoduje tvrdoći spinela.
Vezana struktura
Spinel ima vrlo jaku silu vezivanja, a njegova struktura vezivanja je mješovita struktura tetraedarske i oktaedarske koordinacije, duljina tetraedarske stranice je 0,5 nm, a promjer oktaedra je 1 nm.
Budući da oktaedarski oksid ima veći promjer od tetraedarskog oksida, on može formirati jače koordinacijske veze s okolnim atomima kisika, čime se pojačava sila vezivanja.
Osim toga, na silu vezivanja u spinelu također utječe dvostruko djelovanje kemijske veze i ionske veze, u kojem se elektronski oblak preklapa stvarajući snažnu interakciju, dok ionska veza može formirati stabilniju kristalnu strukturu putem stepenastog rasporeda isti ioni.
Kemijski sastav
Na tvrdoću špinela također utječe kemijski sastav, općenito, većina špinela sadrži aluminij, a željezo će smanjiti tvrdoću spinela, što će rezultirati povećanjem krtosti.
Osim toga, u spinelu postoje i drugi metalni elementi, kao što su bakar, cink, magnezij itd., njihov dodatak može formirati hibrid, povećavajući stabilnost i tvrdoću spinela.
Naravno, različiti kemijski sastavi utječu i na boju, indeks loma i druga svojstva spinela, koja se ovdje neće ponavljati.
Defekti kristala su uzrokovani činjenicom da se atomi u ćelijama spinela ne mogu u potpunosti popuniti. Ovi defekti se aktiviraju na površini kristala ili u fononskom sustavu, što može učiniti njegovu atomsku strukturu pod utjecajem iskrivljenja, savijanja, dislokacije itd., što rezultira složenijom kristalnom strukturom spinela i povećanom tvrdoćom.
Uobičajeni kristalni defekti u spinelu, kao što su aerobna praznina, interferencija željeza, defekt kisikove matrice i neravnotežna oštećenja, imaju određeni učinak na povećanje tvrdoće spinela.
Stanje stresa
Stanje naprezanja odnosi se na učinak stanja naprezanja, čvrstoće i smjera na mehanička svojstva materijala.
Kada se pritisne površina ili kontaktna površina materijala, snaga i smjer kristalne strukture spinela će se promijeniti, čineći njegovu površinu tvrđom, čime se povećava tvrdoća spinela.
Osim toga, u procesu strojne obrade ili kemijskog jetkanja, stanje naprezanja površine spinelnog kristala također će se promijeniti, čineći tako površinu gušćom i povećavajući tvrdoću spinela.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED