Минералдың қаттылығын қалай өлшеуге болады
Пендахулуан
Минералдың қаттылығы геология мен минералогиядағы маңызды физикалық қасиет болып табылады. Бұл қасиет минералдың сызаттарға немесе абразияға төзімділігіне қатысты. Минералдың қаттылығын өлшеу - дәл нәтижелерге қол жеткізу үшін әртүрлі әдістер мен тиісті құралдарды қажет ететін процесс. Бұл мақалада минералдың қаттылығын өлшеудің әртүрлі әдістері, мысалы, Моос шкаласы сияқты стандартты әдістерден бастап, Виккерс қаттылық сынағы сияқты күрделі әдістерге дейін талқыланады.
Мох шкаласы: негізгі әдіс
Минералдың қаттылығын өлшеудің ең қарапайым және ең танымал әдістерінің бірі - Моос шкаласы. 1812 жылы минералог Фридрих Моос енгізген Моос шкаласы минералдарды олардың сызылу немесе басқа минералдармен сызылу қабілетіне қарай бағалайды. Шкала 1-ден (ең жұмсақ минерал, тальк) 10-ға (ең қатты минерал, гауһар) дейінгі қаттылық саны берілген 10 анықтамалық минералдан тұрады.
Мох шкаласын қолдану қадамдары:
1. Үлгіні дайындаңыз: Сынағыңыз келетін минералды таңдап, бетінің таза және нәтижелерге әсер етуі мүмкін ластанудан таза екеніне көз жеткізіңіз.
2. Анықтамалық анықтама: Моос шкаласы бойынша тальк (1), гипс (2), кальцит (3), флюорит (4), апатит (5), дала шпаты (6), кварц (7), топаз (8), корунд (9) және алмас (10) сияқты анықтамалық минералдар жиынтығын дайындаңыз.
3. Сызық сынағын орындаңыз: Сыналатын үлгіге эталондық минералды жағыңыз. Егер эталондық минерал үлгіні сызып тастаса, онда үлгінің қаттылығы эталондық минералдың қаттылығынан төмен. Егер жоқ болса, онда үлгінің қаттылығы жоғарырақ.
4. Нәтижелерді жазып алыңыз: Сызықтық сынақ нәтижелеріне сүйене отырып, үлгіңіздің Мох шкаласы бойынша қай жерде екенін анықтаңыз.
Мысал іс:
Егер кальцит (қаттылық 3) үлгіні сызып тастаса, бірақ флюорит (қаттылық 4) үлгіні сызып тастай алмаса, минералдың қаттылығы Моос шкаласы бойынша 3 пен 4 аралығында болады.
Бұл әдіс өзінің қарапайымдылығына байланысты өте танымал, бірақ сонымен қатар, әсіресе аралық қаттылық мәндеріндегі дәлдік пен дәлдік тұрғысынан шектеулерге ие.
Виккерс қаттылық сынағы
Виккерс әдісі минералдың қаттылығын егжей-тегжейлі және дәл өлшеу үшін қолданылатын озық әдіс. Бұл әдіс гауһар пирамидасын минерал бетіне белгілі бір күшпен басуды қамтиды. Содан кейін алынған сызат тереңдігі немесе ені Виккерс қаттылығын (HV) анықтау үшін өлшенеді.
Викерс әдісін қолдану қадамдары:
1. Үлгіні дайындаңыз: Минералды үлгіні беті өте тегіс болғанша кесіп, жылтыратыңыз.
2. Виккерс сынақ құралын дайындаңыз: Бұл құрал әдетте қисықтықты өлшеуге арналған ромб пирамидасынан және микроскоптан тұрады.
3. Қысым сынағын орындаңыз: Алмаз пирамидасын минерал бетіне белгілі бір күшпен басып, белгілі бір уақыт ұстап тұрыңыз.
4. Қисықты өлшеу: Алынған қисықтың диаметрін сынақ құралымен біріктірілген микроскопты пайдаланып өлшеңіз.
5. Виккерс қаттылығын есептеңіз: Виккерс әдісімен берілген формуланы пайдаланып, қаттылықты есептеңіз. Виккерс қаттылығын HV = 1.854 F/D² ретінде тұжырымдауға болады, мұндағы F - килограмдық күшпен (кгс) көрсетілген қысу күші, ал D - ойықтың диаметрі, миллиметрмен көрсетілген.
Бринелл қаттылық сынағы
Бринелл әдісі - негізінен жұмсақ немесе сынғыш материалдар үшін қолданылатын тағы бір әдіс. Бұл жүйе материалдың бетіне белгілі бір күшпен басылған болат немесе карбид шарын пайдаланады. Алынған ойық диаметрі Бринелл қаттылығының (HB) мәнін анықтау үшін өлшенеді.
Бринелл әдісін қолдану қадамдары:
1. Үлгіні дайындаңыз: Минералды беті тегіс және ластанудан таза болуы керек.
2. Бринелл сынақ жабдығын дайындаңыз: Әдетте ойықты өлшеуге арналған болат шар мен микроскоптан тұрады.
3. Қысым сынағын орындаңыз: Болат шарды минерал бетіне белгілі бір күшпен басып, оны белгілі бір уақыт ұстап тұрыңыз.
4. Қисықты өлшеу: Микроскопты пайдаланып, қисықтың диаметрін дәл өлшеңіз.
5. Бринелл қаттылығын есептеңіз: HB = 2F / (πD(D – sqrt(D² – d²))) формуласын қолданыңыз, мұндағы F – Ньютондардағы қысу күші, D – сынақ шарының диаметрі, ал d – ойықтың диаметрі.
Қосымша әдістер
Жоғарыда аталған әдістерден басқа, минералдың қаттылығын өлшеудің бірнеше басқа әдістері бар, мысалы, Кнуп әдісі, Роквелл әдісі және наноиндеу арқылы микроқаттылықты сынау. Әрбір әдістің өзіндік артықшылықтары мен шектеулері бар, бірақ барлығы жоғары дәлдік пен егжей-тегжейлі деректерді алуға бағытталған.
Кнуп әдісі
Кнуп қаттылығын тексеру (КҚТ) - Виккерс әдісіне ұқсас әдіс, бірақ үшбұрышты пирамидалық ойықты пайдаланады. Бұл әдіс көбінесе өте жұқа немесе сынғыш материалдарды сынау үшін қолданылады.
Роквелл әдісі
Роквелл қаттылық сынағы - жүктеме астындағы материалға ену тереңдігін өлшеу үшін сфералық немесе конус тәрізді ойықты пайдаланатын әдіс. Мән күш қолданылғанға дейін және одан кейінгі ойықтың ену тереңдігін салыстыру арқылы есептеледі.
Нано шегініс
Қазіргі заманғы және күрделі әдіс, наноиндентация, материалдардың механикалық қасиеттерін наноөлшемде өлшеу үшін өте кішкентай индентті пайдалануды қамтиды. Бұл әдіс минералдардың микроқұрылымдық қасиеттерін зерттеу үшін өте пайдалы.
Қорытынды
Минералдың қаттылығын өлшеу геология мен минералогияның маңызды аспектісі болып табылады. Қаттылықты өлшеу әдістері Мох шкаласы сияқты қарапайым әдістерден бастап Виккерс, Бринелл және Кнуп қаттылық сынақтары сияқты озық әдістерге дейін болады. Әдісті таңдау тексерілетін минералдың түріне және қажетті дәлдік деңгейіне байланысты. Бұл әдістерді меңгеру арқылы ғалымдар мен техниктер минералдардың физикалық қасиеттерін ғылыми зерттеулерден бастап өнеркәсіпке дейінгі әртүрлі қолданбалар үшін түсініп, пайдалана алады.
