Årsager til den høje hårdhed af spinel
Krystalstrukturen af spinel er et firkantet krystalsystem, og hver spinelcelle indeholder otte kubiske oxider og en oktaedrisk oxid. Det oktaedriske oxid har en større diameter end det kubiske oxid, hvilket resulterer i et større cellevolumen end andre krystaller.
Stigningen i cellens volumen gør afstanden mellem atomerne i spinel større og de kemiske bindinger mere afslappede, hvilket gør at spinel har højere hårdhed.
Samtidig viser spinel en høj grad af symmetri i gitterpunkterne, og krystalstrukturen er meget stabil og ikke tilbøjelig til forvrængning eller vridning, hvilket også er befordrende for spinellens hårdhed.
Bundet struktur
Spinel har en meget stærk bindingskraft, og dens bindingsstruktur er en blandet struktur af tetraedrisk og oktaedrisk koordination, den tetraedriske sidelængde er 0,5 nm, og oktaedrets diameter er 1 nm.
Da det oktaedriske oxid har en større diameter end det tetraedriske oxid, kan det danne stærkere koordinationsbindinger med de omgivende oxygenatomer og dermed forstærke bindingskraften.
Derudover påvirkes bindingskraften i spinel også af dobbeltvirkningen af kemisk binding og ionbinding, hvor elektronskyen overlapper hinanden for at danne en stærk vekselvirkning, mens ionbinding kan danne en mere stabil krystalstruktur gennem det forskudte arrangement af samme ioner.
Kemisk sammensætning
Spinellens hårdhed er også påvirket af den kemiske sammensætning, generelt indeholder de fleste spinel aluminium, og jern vil reducere hårdheden af spinel, hvilket resulterer i en stigning i skørhed.
Derudover er der andre metalliske elementer i spinel, såsom kobber, zink, magnesium osv., deres tilsætning kan danne en hybrid, hvilket øger stabiliteten og hårdheden af spinel.
Forskellige kemiske sammensætninger påvirker naturligvis også spinellens farve, brydningsindeks og andre egenskaber, hvilket ikke vil blive gentaget her.
Krystaldefekter skyldes, at atomerne i spinelceller ikke kan fyldes helt. Disse defekter aktiveres på krystaloverfladen eller i fononsystemet, hvilket kan gøre dets atomare struktur påvirket af forvrængning, vridning, dislokation osv., hvilket resulterer i mere kompleks krystalstruktur af spinel og øget hårdhed.
De almindelige krystaldefekter i spinel, såsom aerob tomgang, jerninterferens, oxygenmatrixdefekt og ikke-ligevægtsskader, har en vis effekt på stigningen af spinellens hårdhed.
Stress tilstand
Spændingstilstand refererer til virkningen af spændingstilstand, styrke og retning på materialets mekaniske egenskaber.
Når der påføres tryk på overfladen eller kontaktfladen af materialet, vil styrken og retningen af spinellens krystalstruktur ændre sig, hvilket gør dens overflade hårdere, hvorved spinellens hårdhed øges.
Derudover vil spændingstilstanden for overfladen af spinelkrystallen også ændre sig under bearbejdning eller kemisk ætsning, hvilket gør overfladen mere tæt og øger spinellens hårdhed.
JIYGO REFRACTORY & ABRASIVE LIMITED