Razões para a alta dureza do espinélio

 

A estrutura cristalina do espinélio é um sistema cristalino quadrado e cada célula do espinélio contém oito óxidos cúbicos e um óxido octaédrico. O óxido octaédrico tem um diâmetro maior que o óxido cúbico, resultando em um volume celular maior que outros cristais.

O aumento do volume da célula faz com que o espaçamento dos átomos do espinélio seja maior e as ligações químicas mais relaxadas, o que faz com que o espinélio tenha maior dureza.

Ao mesmo tempo, o espinélio apresenta um alto grau de simetria nos pontos da rede, e a estrutura cristalina é muito estável e não propensa a distorção ou deformação, o que também contribui para a dureza do espinélio.

Estrutura colada

O espinélio tem uma força de ligação muito forte e sua estrutura de ligação é uma estrutura mista de coordenação tetraédrica e octaédrica, o comprimento do lado tetraédrico é 0,5 nm e o diâmetro do octaedro é de 1 nm.

Como o óxido octaédrico tem um diâmetro maior que o óxido tetraédrico, ele pode formar ligações de coordenação mais fortes com os átomos de oxigênio circundantes, amplificando assim a força de ligação.

Além disso, a força de ligação no espinélio também é afetada pela dupla ação da ligação química e da ligação iônica, na qual a nuvem de elétrons se sobrepõe para formar uma forte interação, enquanto a ligação iônica pode formar uma estrutura cristalina mais estável através do arranjo escalonado do mesmos íons.

Composição química

A dureza do espinélio também é afetada pela composição química, em geral, a maior parte do espinélio contém alumínio, e o ferro reduzirá a dureza do espinélio, resultando em aumento da fragilidade.

Além disso, existem outros elementos metálicos no espinélio, como cobre, zinco, magnésio, etc., sua adição pode formar um híbrido, aumentando a estabilidade e a dureza do espinélio.

É claro que diferentes composições químicas também afetam a cor, o índice de refração e outras propriedades do espinélio, que não serão repetidas aqui.

Os defeitos cristalinos são causados ​​pelo fato de que os átomos nas células do espinélio não podem ser completamente preenchidos. Esses defeitos são ativados na superfície do cristal ou no sistema fônon, o que pode fazer com que sua estrutura atômica seja afetada por distorção, empenamento, deslocamento, etc., resultando em estrutura cristalina de espinélio mais complexa e aumento da dureza.

Os defeitos cristalinos comuns no espinélio, como vacância aeróbica, interferência de ferro, defeito na matriz de oxigênio e danos de desequilíbrio, têm certo efeito no aumento da dureza do espinélio.

Estado de estresse

O estado de tensão refere-se ao efeito do estado de tensão, resistência e direção nas propriedades mecânicas do material.

Quando a pressão é aplicada à superfície ou superfície de contato do material, a força e a direção da estrutura cristalina do espinélio mudam, tornando sua superfície mais dura, aumentando assim a dureza do espinélio.

Além disso, no processo de usinagem ou ataque químico, o estado de tensão da superfície do cristal de espinélio também mudará, tornando a superfície mais densa e aumentando a dureza do espinélio.

 

 

 

 

 

 

 

 

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