Razones de la alta dureza de la espinela
La estructura cristalina de la espinela es un sistema cristalino cuadrado y cada celda de espinela contiene ocho óxidos cúbicos y un óxido octaédrico. El óxido octaédrico tiene un diámetro mayor que el óxido cúbico, lo que da como resultado un volumen de celda mayor que otros cristales.
El aumento en el volumen de la célula hace que el espaciado de los átomos de la espinela sea mayor y los enlaces químicos más relajados, lo que hace que la espinela tenga mayor dureza.
Al mismo tiempo, la espinela muestra un alto grado de simetría en los puntos de la red y la estructura cristalina es muy estable y no propensa a distorsiones o deformaciones, lo que también favorece la dureza de la espinela.
Estructura unida
La espinela tiene una fuerza de enlace muy fuerte y su estructura de enlace es una estructura mixta de coordinación tetraédrica y octaédrica, la longitud del lado tetraédrico es 0.5 nm y el diámetro del octaedro es 1 nm.
Dado que el óxido octaédrico tiene un diámetro mayor que el óxido tetraédrico, puede formar enlaces de coordinación más fuertes con los átomos de oxígeno circundantes, amplificando así la fuerza de enlace.
Además, la fuerza de enlace en la espinela también se ve afectada por la doble acción del enlace químico y el enlace iónico, en el que la nube de electrones se superpone para formar una interacción fuerte, mientras que el enlace iónico puede formar una estructura cristalina más estable a través de la disposición escalonada de los mismos iones.
Composición química
La dureza de la espinela también se ve afectada por la composición química; en general, la mayoría de la espinela contiene aluminio y el hierro reducirá la dureza de la espinela, lo que provocará un aumento de su fragilidad.
Además, existen otros elementos metálicos en la espinela, como cobre, zinc, magnesio, etc., su adición puede formar un híbrido, aumentando la estabilidad y dureza de la espinela.
Por supuesto, diferentes composiciones químicas también afectan el color, el índice de refracción y otras propiedades de la espinela, que no se repetirán aquí.
Los defectos cristalinos se deben al hecho de que los átomos de las células de espinela no pueden llenarse por completo. Estos defectos se activan en la superficie del cristal o en el sistema de fonones, lo que puede hacer que su estructura atómica se vea afectada por distorsión, deformación, dislocación, etc., lo que da como resultado una estructura cristalina de espinela más compleja y una mayor dureza.
Los defectos cristalinos comunes en la espinela, como la vacancia aeróbica, la interferencia del hierro, el defecto de la matriz de oxígeno y el daño por falta de equilibrio, tienen cierto efecto sobre el aumento de la dureza de la espinela.
Estado de estrés
El estado de tensión se refiere al efecto del estado de tensión, la resistencia y la dirección sobre las propiedades mecánicas del material.
Cuando se aplica presión a la superficie o superficie de contacto del material, la fuerza y la dirección de la estructura cristalina de la espinela cambiarán, endureciendo su superficie y aumentando así la dureza de la espinela.
Además, en el proceso de mecanizado o grabado químico, el estado de tensión de la superficie del cristal de espinela también cambiará, haciendo que la superficie sea más densa y aumentando la dureza de la espinela.
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