เหตุผลสำหรับความแข็งสูงของ Spinel

 

โครงสร้างผลึกของสปิเนลเป็นระบบคริสตัลสี่เหลี่ยม และเซลล์สปิเนลแต่ละเซลล์ประกอบด้วยลูกบาศก์ออกไซด์แปดลูกบาศก์และออกไซด์แปดด้านหนึ่งอัน ออกไซด์แปดด้านมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าลูกบาศก์ออกไซด์ ส่งผลให้มีปริมาตรเซลล์มากกว่าผลึกอื่นๆ

ปริมาตรของเซลล์ที่เพิ่มขึ้นทำให้ระยะห่างของอะตอมของสปิเนลใหญ่ขึ้น และพันธะเคมีผ่อนคลายมากขึ้น ซึ่งทำให้สปิเนลมีความแข็งสูงขึ้น

ในเวลาเดียวกัน สปิเนลแสดงความสมมาตรในระดับสูงในจุดขัดแตะ และโครงสร้างผลึกมีความเสถียรมาก และไม่เสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวหรือการบิดเบี้ยว ซึ่งเอื้อต่อความแข็งของสปิเนลด้วย

โครงสร้างที่ถูกผูกมัด

สปิเนลมีแรงยึดเหนี่ยวที่แข็งแกร่งมาก และโครงสร้างพันธะนั้นเป็นโครงสร้างผสมระหว่างจัตุรมุขกับแปดหน้าประสานกัน ความยาวด้านจัตุรมุขคือ 0.5 นาโนเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลางของแปดหน้าคือ 1 นาโนเมตร

เนื่องจากออกไซด์แบบแปดด้านมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าออกไซด์แบบเตตราฮีดรัล จึงสามารถสร้างพันธะการประสานงานที่แข็งแกร่งกว่ากับอะตอมออกซิเจนที่อยู่รอบ ๆ ได้ จึงขยายแรงยึดเกาะได้

นอกจากนี้ แรงยึดเหนี่ยวในสปิเนลยังได้รับผลกระทบจากการกระทำสองเท่าของพันธะเคมีและพันธะไอออนิก ซึ่งเมฆอิเล็กตรอนทับซ้อนกันเพื่อสร้างปฏิกิริยาที่รุนแรง ในขณะที่พันธะไอออนิกสามารถสร้างโครงสร้างผลึกที่เสถียรมากขึ้นผ่านการจัดเรียงแบบเซของ ไอออนเดียวกัน

องค์ประกอบทางเคมี

องค์ประกอบทางเคมียังส่งผลต่อความแข็งของสปิเนล โดยทั่วไป สปิเนลส่วนใหญ่ประกอบด้วยอลูมิเนียม และเหล็กจะลดความแข็งของสปิเนล ส่งผลให้มีความเปราะบางเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ ยังมีธาตุโลหะอื่นๆ ในสปิเนล เช่น ทองแดง สังกะสี แมกนีเซียม ฯลฯ การเติมเข้าไปจะเกิดเป็นลูกผสม เพิ่มความเสถียรและความแข็งของสปิเนล

แน่นอนว่าองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกันยังส่งผลต่อสี ดัชนีการหักเหของแสง และคุณสมบัติอื่นๆ ของสปิเนลด้วย ซึ่งจะไม่มีการทำซ้ำในที่นี้

ข้อบกพร่องของคริสตัลเกิดจากการที่อะตอมในเซลล์สปิเนลไม่สามารถเติมเต็มได้อย่างสมบูรณ์ ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นบนพื้นผิวผลึกหรือในระบบโฟนอน ซึ่งอาจทำให้โครงสร้างอะตอมของมันได้รับผลกระทบจากการบิดเบี้ยว การบิดเบี้ยว การคลาดเคลื่อน ฯลฯ ส่งผลให้โครงสร้างผลึกของสปิเนลมีความซับซ้อนมากขึ้นและมีความแข็งเพิ่มขึ้น

ข้อบกพร่องของผลึกทั่วไปในสปิเนล เช่น ตำแหน่งแอโรบิก การรบกวนของเหล็ก ข้อบกพร่องของเมทริกซ์ออกซิเจน และความเสียหายที่ไม่สมดุล มีผลกระทบบางอย่างต่อการเพิ่มขึ้นของความแข็งของสปิเนล

สภาวะความเครียด

สภาวะความเค้นหมายถึงผลกระทบของสภาวะความเค้น ความแข็งแรง และทิศทางที่มีต่อคุณสมบัติทางกลของวัสดุ

เมื่อกดลงบนพื้นผิวหรือพื้นผิวสัมผัสของวัสดุ ความแข็งแรงและทิศทางของโครงสร้างผลึกของสปิเนลจะเปลี่ยนไป ทำให้พื้นผิวแข็งขึ้น ส่งผลให้ความแข็งของสปิเนลเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ ในกระบวนการตัดเฉือนหรือการกัดด้วยสารเคมี สภาวะความเค้นของพื้นผิวของผลึกสปิเนลก็จะเปลี่ยนไปด้วย ทำให้พื้นผิวมีความหนาแน่นมากขึ้นและเพิ่มความแข็งของสปิเนล

 

 

 

 

 

 

 

 

JIYGO วัสดุทนไฟและสารขัดถู จำกัด