Причины высокой твердости шпинели

 

Кристаллическая структура шпинели представляет собой квадратную кристаллическую систему, каждая ячейка шпинели содержит восемь кубических оксидов и один октаэдрический оксид. Октаэдрический оксид имеет больший диаметр, чем кубический оксид, что приводит к большему объему ячейки, чем у других кристаллов.

Увеличение объема ячейки увеличивает расстояние между атомами шпинели и ослабляет химические связи, что делает шпинель более твердой.

В то же время шпинель демонстрирует высокую степень симметрии в узлах решетки, а кристаллическая структура очень стабильна и не склонна к искажениям или короблению, что также способствует твердости шпинели.

Связанная структура

Шпинель обладает очень сильной силой связи, и ее структура связи представляет собой смешанную структуру тетраэдрической и октаэдрической координации, длина тетраэдрической стороны составляет 0,5 нм, а диаметр октаэдра составляет 1 нм.

Поскольку октаэдрический оксид имеет больший диаметр, чем тетраэдрический оксид, он может образовывать более прочные координационные связи с окружающими атомами кислорода, тем самым усиливая силу связи.

Кроме того, на силу связи в шпинели также влияет двойное действие химической связи и ионной связи, при котором электронное облако перекрывается, образуя сильное взаимодействие, в то время как ионная связь может образовывать более стабильную кристаллическую структуру за счет шахматного расположения те же ионы.

Химический состав

На твердость шпинели также влияет химический состав: как правило, большая часть шпинели содержит алюминий, а железо снижает твердость шпинели, что приводит к увеличению хрупкости.

Кроме того, в шпинели есть и другие металлические элементы, такие как медь, цинк, магний и др., их добавление может образовывать гибрид, повышающий стабильность и твердость шпинели.

Конечно, на цвет, показатель преломления и другие свойства шпинели влияет и различный химический состав, который здесь повторяться не будет.

Дефекты кристалла вызваны тем, что атомы в ячейках шпинели не могут быть полностью заполнены. Эти дефекты активируются на поверхности кристалла или в фононной системе, что может привести к искажению, короблению, дислокации и т. д. его атомной структуры, что приводит к усложнению кристаллической структуры шпинели и повышению твердости.

Распространенные кристаллические дефекты шпинели, такие как аэробная вакансия, интерференция железа, дефект кислородной матрицы и неравновесное повреждение, оказывают определенное влияние на повышение твердости шпинели.

Стрессовое состояние

Напряженное состояние относится к влиянию состояния напряжения, прочности и направления на механические свойства материала.

Когда к поверхности или контактной поверхности материала прикладывается давление, прочность и направление кристаллической структуры шпинели изменяются, что делает ее поверхность более твердой, тем самым увеличивая твердость шпинели.

Кроме того, в процессе механической обработки или химического травления будет меняться и напряженное состояние поверхности кристалла шпинели, что делает поверхность более плотной и повышает твердость шпинели.

 

 

 

 

 

 

 

 

JIYGO ОГНЕУПОРНЫЕ И АБРАЗИВНЫЕ ОГРАНИЧЕННЫЕ