Kā izmērīt minerālu cietību
Pendahuluan
Minerālu cietība ir svarīga fizikāla īpašība ģeoloģijā un mineraloģijā. Šī īpašība attiecas uz minerāla izturību pret skrāpējumiem vai nodilumu. Minerālu cietības mērīšana ir process, kam nepieciešamas dažādas metodes un atbilstoši instrumenti, lai iegūtu precīzus rezultātus. Šajā rakstā tiks aplūkotas dažādas minerālu cietības mērīšanas metodes, sākot no standarta metodēm, piemēram, Mosa skalas, līdz sarežģītākām metodēm, piemēram, Vikersa cietības testam.
Mosa skala: pamatmetode
Viena no vienkāršākajām un pazīstamākajām minerālu cietības mērīšanas metodēm ir Mosa skala. Mineralogs Frīdrihs Moss ieviesa Mosa skalu 1812. gadā, un tā klasificē minerālus pēc to spējas saskrāpēties vai tikt saskrāpētiem ar citiem minerāliem. Skala sastāv no 10 atsauces minerāliem, kuriem piešķirts cietības skaitlis no 1 (mīkstākais minerāls, talks) līdz 10 (cietākais minerāls, dimants).
Mosa skalas lietošanas soļi:
1. Sagatavojiet paraugu: Izvēlieties minerālu, kuru vēlaties testēt, un pārliecinieties, vai virsma ir tīra un bez piesārņojuma, kas varētu ietekmēt rezultātus.
2. Atsauces identifikācija: Sagatavojiet atsauces minerālu komplektu pēc Mosa skalas, kas ietver talku (1), ģipsi (2), kalcītu (3), fluorītu (4), apatītu (5), laukšpatu (6), kvarcu (7), topāzu (8), korundu (9) un dimantu (10).
3. Veiciet skrāpēšanas testu: berzējiet references minerālu pret testējamo paraugu. Ja references minerāls skrāpē paraugu, tad parauga cietība ir zemāka nekā references minerāla cietība. Ja nē, tad parauga cietība ir augstāka.
4. Rezultātu reģistrēšana: Pamatojoties uz skrāpējuma testa rezultātiem, nosakiet, kur jūsu paraugs atrodas Mosa skalā.
Parauga gadījums:
Ja kalcīts (cietība 3) saskrāpē paraugu, bet fluorīts (cietība 4) to nevar saskrāpēt, minerāla cietība ir no 3 līdz 4 pēc Mosa skalas.
Šī metode ir ļoti populāra tās vienkāršības dēļ, taču tai ir arī ierobežojumi, īpaši attiecībā uz precizitāti un precizitāti pie vidējām cietības vērtībām.
Vikersa cietības tests
Vikersa metode ir uzlabota metode, ko izmanto, lai ar lielāku precizitāti un detaļām izmērītu minerālu cietību. Šī metode ietver dimanta piramīdas piespiešanu pie minerāla virsmas ar noteiktu spēku. Iegūtais skrāpējuma dziļums vai platums pēc tam tiek mērīts, lai noteiktu Vikersa cietību (HV).
Vikersa metodes lietošanas soļi:
1. Parauga sagatavošana: Nogrieziet un nopulējiet minerālu paraugu, līdz virsma ir ļoti gluda.
2. Sagatavojiet Vikersa testa instrumentu: šis instruments parasti sastāv no dimanta piramīdas un mikroskopa izliekuma mērīšanai.
3. Veiciet spiediena pārbaudi: ar noteiktu spēku piespiediet dimanta piramīdu pie minerāla virsmas un noteiktu laiku turiet to šajā stāvoklī.
4. Līknes mērīšana: Izmēriet iegūtās līknes diametru, izmantojot mikroskopu, kas integrēts testa instrumentā.
5. Vikersa cietības aprēķināšana: Cietības aprēķināšanai izmantojiet Vikersa metodes formulu. Vikersa cietību var formulēt kā HV = 1.854 F/D², kur F ir spiedes spēks kilogramspēkā (kgf) un D ir iespieduma diametrs milimetros.
Brinela cietības tests
Brinela metode ir vēl viena metode, ko galvenokārt izmanto mīkstākiem vai trauslākiem materiāliem. Šajā sistēmā materiāla virsmā ar noteiktu spēku tiek iespiesta tērauda vai karbīda lodīte. Iegūtais iespieduma diametrs tiek mērīts, lai noteiktu Brinela cietības (HB) vērtību.
Brinela metodes izmantošanas soļi:
1. Sagatavojiet paraugu: minerālu virsmai jābūt līdzenai un bez piesārņojuma.
2. Sagatavojiet Brinela testa aprīkojumu: parasti tas sastāv no tērauda lodītes un mikroskopa iespieduma mērīšanai.
3. Veiciet spiediena pārbaudi: ar noteiktu spēku piespiediet tērauda lodīti pie minerāla virsmas un noteiktu laiku turiet to šajā stāvoklī.
4. Izmēriet līkni: precīzi izmēriet līknes diametru, izmantojot mikroskopu.
5. Aprēķiniet Brinela cietību: izmantojiet formulu HB = 2F / (πD(D – sqrt(D² – d²))), kur F ir spiedes spēks ņūtonos, D ir testa lodītes diametrs un d ir iedobuma diametrs.
Papildu metodes
Papildus jau minētajām metodēm ir arī vairākas citas minerālu cietības mērīšanas metodes, piemēram, Knūpa metode, Rokvela metode un mikrocietības testēšana, izmantojot nanoindentāciju. Katrai metodei ir savas priekšrocības un ierobežojumi, taču visu mērķis ir iegūt datus ar augstu precizitātes un detalizācijas pakāpi.
Knūpa metode
Knūpa cietības tests (KHN) ir metode, kas ir līdzīga Vikersa metodei, bet tajā tiek izmantots trīsstūrveida piramīdas formas iespiešanas instruments. Šo metodi bieži izmanto ļoti plānu vai trauslu materiālu pārbaudei.
Rokvela metode
Rokvela cietības tests ir metode, kurā izmanto sfērisku vai konisku iespiešanās instrumentu, lai mērītu iespiešanās dziļumu materiālā zem slodzes. Vērtību aprēķina, salīdzinot iespiešanās instrumenta iespiešanās dziļumu pirms un pēc spēka pielikšanas.
Nanoindentācija
Modernāka un sarežģītāka metode, nanoindentācija, ietver ļoti maza indentora izmantošanu materiālu mehānisko īpašību mērīšanai nanoskalā. Šī metode ir ļoti noderīga minerālu mikrostrukturālo īpašību izpētei.
Secinājums
Minerālu cietības mērīšana ir būtisks ģeoloģijas un mineraloģijas aspekts. Cietības mērīšanas metodes ir dažādas, sākot no vienkāršām metodēm, piemēram, Mosa skalas, līdz pat progresīvām metodēm, piemēram, Vikersa, Brinela un Knūpa cietības testiem. Metodes izvēle ir atkarīga no testējamā minerāla veida un vēlamā precizitātes līmeņa. Apgūstot šīs metodes, zinātnieki un tehniķi var izprast un izmantot minerālu fizikālās īpašības dažādiem pielietojumiem, sākot no zinātniskās pētniecības līdz rūpniecībai.
