Твердість

Міцність не зв'язана із твердістю.

Твердість –властивість твердого тіла, котра узагальнює пластичну деформацію, пружну деформацію і розрив. Звичайно твердість визначається як опір дряпанню (перетиранню).

Для металів та деяких мінералів (нікелін, халькозин), що є пластичними, твердість є мірою пластичної деформації. При дряпанні залишається блискучий металічний слід.

Для крихких мінералів твердість визначає величину нагрузки, необхідної для початку руйнування мінералу.

Такі механічні властивості як межа пружності, точки текучості, межа міцності на розтяг, межа міцності на стиск, крихкість – все це проявляється в властивості твердості.

Діагностичне значення твердості. Відносна та абсолютна твердість.

Серія із 10 поширених мінералів була вибрана Ф.Моосом в 1824 році в якості шкали визначення відносної твердості мінералів. Мінерали розміщені в порядку зростання твердості і цей ряд носить назву шкали твердості за Моосом.

1 тальк

2 гiпс

3 кальцит

4 флюорит

5 апатит

6 ортоклаз

7 кварц

8 топаз

9 корунд

10 алмаз

Методи визначення абсолютної твердості Абсолютна мікротвердість, мікротвердометр – 1890 р. – Мартенс; метод ідентора Вікерста (кг/мм²). Вимірювання мікротвердості – метод діагностики .

Залежність між відносною (за шкалою Мооса) та абсолютною твердістю. До апатиту < 50; кварц - 100; топаз – 200; корунд – 390; алмаз – в 1000 раз вища від корунду

Зв'язок із кристалічною структурою

Твердість більша - менший розмір іонів (кальцит-магнезит, гематит-корунд), більша валентність катіонів, більша щільність упаковки (поліморфні модифікації)

Твердість обернено пропорціональна віддалі катіон-аніон

Відмінність твердості на поверхнях спайності, бажаність використання тонкозернистих агрегатів

При вимірюванні твердості необхідно мати на увазі, що для мінералів характерна анізотропія твердості. Особливо виразно вона виявляється у гетеродесмічних мінералів, що мають ланцюжкову або шарувату будову. Наприклад, кіаніт Al₂[SiO₄]O відрізняється різною твердістю при дряпанні поверхні досконалою спайності уздовж видовження (4,5) і упоперек (6), що відображено в назві цього мінералу (греч. «ді» - два, «стенос» - що чинить опір, тобто двотвердий). Для графіту, як встановлено, твердість уздовж дуже досконалої спайності рівна 1, а упоперек - вище 5. Неоднакову твердість мають різні грані навіть кубічних кристалів одного і того ж мінералу, що пов'язано з їх різною атомною будовою граней, їх ретикулярною щільністю. Кристали алмазу, наприклад, мають найбільшу ретикулярну щільність на гранях октаедра {111}, меншу - на гранях ромбододекаедра {110} і ще меншу - на гранях куба {100}. Відповідно до цього твердість по гранях октаедра буде більшою, ніж по гранях ромбододекаедра, а грані куба матимуть найменшу твердість. Це явище використовується для різання алмазів.

Неоднорідна будова мінералів також позначається на їх твердості. Наприклад, зональні кристали молібдошєєліта, як показали вимірювання, мають меншу твердість (до 180 кг/мм²) в центральних зонах, збагачених молібденом, ніж в периферійних (до 600 кг/мм²), складених майже чистим шеєлітом. Підвищеною твердістю володіють кристали магнетиту, шпінелі, що містять включення, - продукту розпаду твердого розчину.

Необхідно відзначити також, що реально вимірювана твердість мінералів в пористих, землистих, а також тонковолокнистих агрегатах завжди занижена; вона відображає, по суті, міцність зчеплення між частинками агрегату.

Різна твердість на різних гранях

• Сфалерит,

• Кальцит c{0001} = 2.5, r {10-11} = 3

• Алмаз – максимальна твердість {111}, використання

• Різна твердість із різних родовищ

• Анізотропія спайності в кіаніту {100}II c = 4.5

{100}II b = 6.5

Рис. Анізотропія твердості кристалів кіаніту

Залежність мікротвердості від складу та структурної недосконалості

Помітний вплив на мікротвердість мінералів роблять точкові дефекти - вакансії, інтерстиційні атоми і мікродомішки, дислокації і ступінь досконалості (блоковість) кристалічних індивідів. Відомо, що теоретична міцність кристалів значно вища за реальну. Тільки бездислокаційні ниткоподібні кристали (вікерси) мають міцність, близьку до розрахункової.

Природне отвердіння при деформації.

Зміна механічних властивостей із температурою та тиском

Перехід від крихких до пластичних деформацій із глибиною

Для чого потрібне знання механічних властивостей мінералу?