Корунд
| Корунд | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Оксидный минерал – группа гематита. |
| Формула (повторяющаяся единица) | Al2OAl2O3 |
| Имеет символ IMA. | Крн [1] |
| Классификация Штрунца | 4.CB.05 |
| Классификация Дана | 4.3.1.1 |
| Кристаллическая система | Треугольный |
| Кристаллический класс | Шестиугольный скаленоэдрический ( 3 м) Символ HM : ( 3 2/м) |
| Космическая группа | Р 3 в (№ 167) |
| Элементарная ячейка | а = 4,75 Å , с = 12,982 Å ; З = 6 |
| Идентификация | |
| Цвет | Бесцветный, серый, золотисто-коричневый, коричневый; фиолетовый, от розового до красного, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый; может быть цветным зональным, звездчатым, преимущественно серым и коричневым |
| Кристальная привычка | Крутые бипирамидальные, таблитчатые, призматические, ромбоэдрические кристаллы, массивные или зернистые. |
| Твиннинг | Полисинтетические двойники обычные |
| Расщепление | Нет – расставание в 3-х направлениях |
| Перелом | раковистый или неровный |
| упорство | хрупкий |
| шкала Мооса твердость | 9 (определяющий минерал) [2] |
| Блеск | Адамантин до стекловидного тела |
| Полоса | Бесцветный |
| прозрачность | Прозрачный, от полупрозрачного до непрозрачного |
| Удельный вес | 3.95–4.10 |
| Оптические свойства | Одноосный (-) |
| Показатель преломления | п ω = 1,767–1,772 п ε = 1,759–1,763 |
| Плеохроизм | Никто |
| Температура плавления | 2044 ° С (3711 ° F) |
| Плавкость | Настойчивый |
| Растворимость | нерастворимый |
| Изменяется на | Может превращаться в слюду на поверхностях, вызывая снижение твердости. |
| Другие характеристики | Может флуоресцировать или фосфоресцировать под воздействием УФ-излучения. |
| Ссылки | [3] [4] [5] [6] |
| Основные сорта | |
| Сапфир | Любой цвет кроме красного |
| Руби | Красный |
| Эмери | Черный зернистый корунд, тесно смешанный с магнетитом , гематитом или герцинитом. |
Корунд — кристаллическая форма оксида алюминия ( Al 2 O 3 ), как правило, содержит следы железа , титана , ванадия и хрома . [3] [4] Это породообразующий минерал . Это естественный прозрачный материал, но может иметь разные цвета в зависимости от присутствия примесей переходных металлов в его кристаллической структуре. [7] Корунд имеет две основные разновидности драгоценных камней: рубин и сапфир . Рубины имеют красный цвет из-за присутствия хрома, а сапфиры имеют различные цвета в зависимости от того, какой переходный металл присутствует. [7] Редкий вид сапфира, сапфир падпараджа , имеет розово-оранжевый цвет.
Название «корунд» происходит от тамильско - дравидийского слова курундам (рубин-сапфир) (в санскрите встречается как курувинда ). [8] [9]
Из-за твердости корунда (чистый корунд имеет показатель 9,0 по шкале Мооса ) он может поцарапать практически все другие минералы. Его обычно используют в качестве абразива для наждачной бумаги и крупных инструментов, используемых при обработке металлов, пластмасс и дерева. Наждак , разновидность корунда, не имеющая ценности как драгоценный камень, обычно используется в качестве абразива. Это черная зернистая форма корунда, в которой минерал тесно перемешан с магнетитом , гематитом или герцинитом . [6]
Помимо твердости, корунд имеет плотность 4,02 г/см. 3 (251 фунт/куб фут), что необычно много для прозрачного минерала, состоящего из малоатомных элементов алюминия и кислорода . [10]
Геология и возникновение
[ редактировать ]
Корунд встречается в виде минерала в слюдяных сланцах , гнейсах и мраморах метаморфических некоторых террейнов . Он также встречается в магматических сиенитов и нефелиновых сиенитов интрузивах с низким содержанием кремния . Другие проявления представляют собой массы, примыкающие к ультраосновным интрузивам, связанные с лампрофиров дайками , и крупные кристаллы в пегматитах . [6] Он обычно встречается в виде обломочного минерала в речных и пляжных песках из-за его твердости и устойчивости к выветриванию. [6] Самый крупный зарегистрированный монокристалл корунда имел размеры около 65 × 40 × 40 см (26 × 16 × 16 дюймов) и весил 152 кг (335 фунтов). [11] С тех пор этот рекорд был побит некоторыми синтетическими петанками . [12]
Корунд для абразивов добывают в Зимбабве, Пакистане, Афганистане, России, Шри-Ланке и Индии. Исторически его добывали из месторождений, связанных с дунитами в Северной Каролине , США, и из нефелинового сиенита в Крейгмонте, Онтарио . [6] Корунд сорта Эмери встречается на греческом острове Наксос Пикскилла и недалеко от , штат Нью-Йорк , США. Абразивный корунд получают синтетическим путем из боксита . [6]
четыре корундовых топора, датируемые 2500 годом до нашей эры, из культур Лянчжу и культуры Саньсинцунь (последняя из которых расположена в районе Цзиньтань ). В Китае были обнаружены [13] [14]
Синтетический корунд
[ редактировать ]- В 1837 году Марк Антуан Годен изготовил первые синтетические рубины путем реакции оксида алюминия при высокой температуре с небольшим количеством хрома в качестве красителя . [15]
- В 1847 году Дж. Дж. Эбельмен получил белые синтетические сапфиры путем реакции оксида алюминия с борной кислотой .
- В 1877 году Френик и Фрейль изготовили кристаллический корунд, из которого можно было вырезать небольшие камни. Фрими и Огюст Верней изготовили искусственный рубин методом плавления. БаФ 2 и Al 2 O 3 с небольшим количеством хрома при температуре выше 2000 °C (3630 °F).
- В 1903 году Верней объявил, что он может производить синтетические рубины в промышленных масштабах, используя этот процесс пламенного синтеза . [16]
Процесс Вернейля позволяет производить безупречные монокристаллические сапфиры и рубины гораздо большего размера, чем обычно встречаются в природе. Синтетический корунд ювелирного качества также можно вырастить путем выращивания под флюсом и гидротермального синтеза . Из-за простоты методов синтеза корунда на рынке стало доступно большое количество этих кристаллов за небольшую часть стоимости натуральных камней. [17]
Помимо декоративного применения, синтетический корунд также используется для производства механических деталей (трубок, стержней, подшипников и других механически обработанных деталей), устойчивой к царапинам оптики, устойчивых к царапинам часовых стекол, окон приборов для спутников и космических кораблей (из-за его прозрачности в от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона) и лазерные компоненты. Например, главные зеркала детектора гравитационных волн KAGRA изготовлены из сапфиров весом 23 кг (50 фунтов). [18] и Advanced LIGO рассматривали сапфировые зеркала весом 40 кг (88 фунтов). [19] Корунд также нашел применение при разработке керамической брони благодаря своей высокой прочности. [20]
Структура и физические свойства
[ редактировать ]
Корунд кристаллизуется с тригональной симметрией в пространственной группе R 3 c и имеет параметры решетки a = 4,75 Å и c = 12,982 Å в стандартных условиях. Элементарная ячейка содержит шесть формульных единиц. [4] [21]
Твердость корунда чувствительна к шероховатости поверхности. [22] [23] и кристаллографическая ориентация. [24] Оно может составлять 6–7 МПа·м. 1/2 для синтетических кристаллов, [24] и около 4 МПа·м 1/2 для натуральных. [25]
В решетке корунда атомы кислорода образуют слегка искаженную гексагональную плотную упаковку , в которой две трети октаэдрических позиций между ионами кислорода заняты ионами алюминия. [26] Отсутствие ионов алюминия в одном из трех узлов нарушает симметрию гексагональной плотной упаковки, снижая симметрию пространственной группы до R 3 c и класс кристалла до тригонального. [27] Структуру корунда иногда описывают как псевдогексагональную структуру. [28]
Модуль Юнга корунда (сапфира) сообщается во многих различных источниках, его значения варьируются от 300 до 500 ГПа, но обычно упоминаемое значение, используемое для расчетов, составляет 345 ГПа. [29] Модуль Юнга зависит от температуры и в направлении [0001] составляет 435 ГПа при 323 К и 386 ГПа при 1273 К. [29] Модуль сдвига корунда составляет 145 ГПа, [30] а модуль объемного сжатия составляет 240 ГПа. [30]
Волокна монокристаллического корунда потенциально могут применяться в высокотемпературных композитах, а модуль Юнга сильно зависит от кристаллографической ориентации вдоль оси волокна. Волокно демонстрирует максимальный модуль упругости 461 ГПа, когда кристаллографическая ось c [0001] совмещена с осью волокна, и минимальный модуль ~373 ГПа, когда направление на 45° от оси c совмещено с осью волокна. [31]
Сообщается, что твердость корунда, измеренная методом вдавливания при малых нагрузках 1–2 Н, составляет 22–23 ГПа. [32] в основных кристаллографических плоскостях: (0001) (базальная плоскость), (10 1 0) (ромбоэдрическая плоскость), (11 2 0) (призматическая плоскость) и (10 1 2). Твердость может значительно снизиться при высоких нагрузках на вдавливание. Падение нагрузки зависит от кристаллографической плоскости из-за разницы в стойкости к растрескиванию и распространении трещин между направлениями. Один крайний случай наблюдается в плоскости (0001), где твердость при высокой нагрузке (~ 1 кН) составляет почти половину значения при низкой нагрузке (1-2 Н). [32]
Поликристаллический корунд, полученный путем спекания и обработанный методом горячего изостатического прессования, может достигать размеров зерен в диапазоне 0,55–0,7 мкм, и, как было измерено, его прочность на четырехточечный изгиб составляет 600–700 МПа, а прочность на трехточечный изгиб – 750 МПа. -900 МПа. [33]
Обобщение
[ редактировать ]Из-за своей распространенности корунд также стал названием основного структурного типа ( типа корунда ), встречающегося в различных бинарных и тройных соединениях . [34]
См. также
[ редактировать ]
- Оксинитрид алюминия
- драгоценный камень
- Шпинель - природный и синтетический минерал, который часто принимают за корунд.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уорр, Л.Н. (2021). «Утвержденные IMA–CNMNC символы минералов» . Минералогический журнал . 85 (3): 291–320. Бибкод : 2021MinM...85..291W . дои : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616 .
- ^ «Шкала твердости Мооса» . Уголок коллекционера . Минералогическое общество Америки . Проверено 10 января 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Энтони, Джон В.; Бидо, Ричард А.; Блад, Кеннет В.; Николс, Монте К., ред. (1997). "Корунд". Справочник по минералогии (PDF) . Том. III Галогениды, гидроксиды, оксиды. Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки. ISBN 0962209724 . Архивировано (PDF) из оригинала 5 сентября 2006 г.
- ^ Jump up to: а б с «Корунд» . Mindat.org .
- ^ «Корунд» . Вебминерал.com . Архивировано из оригинала 25 ноября 2006 года.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Херлбат, Корнелиус С.; Кляйн, Корнелис (1985). Руководство по минералогии (20-е изд.). Уайли. стр. 300–302 . ISBN 0-471-80580-7 .
- ^ Jump up to: а б Джулиани, Гастон; Оненштеттер, Дэниел; Фалик, Энтони Э.; Грот, Ли; Фэган; Эндрю Дж. (2014). «Геология и генезис месторождений драгоценного корунда». Драгоценный камень Корунд . Исследовательские ворота: Минералогическая ассоциация Канады. стр. 37–38. ISBN 978-0-921294-54-2 .
- ^ Харпер, Дуглас. «корунд» . Интернет-словарь этимологии .
- ^ Ершек, Миха; Йовановский, Глигор; Боев, Блажо; Макрески, Петре (2021). «Интригующие минералы: корунд в мире рубинов и сапфиров с особым вниманием к македонским рубинам» . Химтексты . 7 (3): 19. дои : 10.1007/s40828-021-00143-0 . ISSN 2199-3793 . S2CID 233435945 .
- ^ «Минеральный корунд» . галереи.com .
- ^ Риквуд, ПК (1981). «Самые крупные кристаллы» (PDF) . Американский минералог . 66 : 885–907. Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2009 г.
- ^ «Рубикон Технологии выращивает 200 кг «супербули» » . Светодиод внутри . 21 апреля 2009 г.
- ^ «Китайцы первыми применили алмаз» . Новости Би-би-си . Би-би-си. Май 2005.
- ^ Александра, Гохо (16 февраля 2005 г.). «В лучшем виде: инструменты каменного века, возможно, получили блеск от алмаза» . Новости науки .
- ^ Дюрок-Даннер, JM (2011). «Необработанный желтовато-оранжевый сапфир, демонстрирующий естественный цвет» (PDF) . Журнал геммологии . 32 (5): 175–178. дои : 10.15506/jog.2011.32.5.174 . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2013 года.
- ^ Бахадур (1943). «Справочник драгоценных камней» . Проверено 19 августа 2007 г.
- ^ Уолш, Эндрю (февраль 2010 г.). «Коммодификация фетишей: разница между природными и синтетическими сапфирами». Американский этнолог . 37 (1): 98–114. дои : 10.1111/j.1548-1425.2010.01244.x .
- ^ Хиросе, Эйичи; и др. (2014). «Сапфировое зеркало для детектора гравитационных волн КАГРА» (PDF) . Физический обзор D . 89 (6): 062003. Бибкод : 2014PhRvD..89f2003H . doi : 10.1103/PhysRevD.89.062003 . Архивировано (PDF) из оригинала 24 июля 2018 года.
- ^ Биллингсли, ГариЛинн (2004). «Расширенные компоненты оптики Ligo Core — выбор вниз» . Лаборатория ЛИГО . Проверено 6 февраля 2020 г.
- ^ Defense World.Net, Испытания российской броневой стали на очистку керамической пластины, сравнимой с броневой сталью , 5 сентября 2020 г., дата обращения 29 декабря 2020 г.
- ^ Ньюнхэм, RE; де Хаан, Ю.М. (август 1962 г.). «Уточнение структур α Al 2 O 3 , Ti 2 O 3 , V 2 O 3 и Cr 2 O 3 *». Журнал кристаллографии . 117 (2–3): 235–237. Стартовый код : 1962ZK....117..235N . дои : 10.1524/zkri.1962.117.2-3.235 .
- ^ Фарзин-Ния, Фаррох; Стерретт, Терри; Сирни, Рон (1990). «Влияние механической обработки на вязкость разрушения корунда» . Журнал материаловедения . 25 (5): 2527–2531. Бибкод : 1990JMatS..25.2527F . дои : 10.1007/bf00638054 . S2CID 137548763 .
- ^ Беккер, Пол Ф. (1976). «Анизотропия прочности на разрушение сапфира». Журнал Американского керамического общества . 59 (1–2): 59–61. дои : 10.1111/j.1151-2916.1976.tb09390.x .
- ^ Jump up to: а б Видерхорн, С.М. (1969). «Разлом сапфира». Журнал Американского керамического общества . 52 (9): 485–491. дои : 10.1111/j.1151-2916.1969.tb09199.x .
- ^ «Корунд, оксид алюминия, глинозем, 99,9%, Al2O3» . www.matweb.com .
- ^ Нессе, Уильям Д. (2000). Введение в минералогию . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. стр. 363–364. ISBN 9780195106916 .
- ^ Борхардт-Отт, Вальтер; Кайзер, ET (1995). Кристаллография (2-е изд.). Берлин: Шпрингер. п. 230. ИСБН 3540594787 .
- ^ Геа, Лоуренс А.; Боатнер, Луизиана; Рэнкин, Джанет; Будай, доктор медицинских наук (1995). «Формирование многослойных структур Al 2 O 3 /V 2 O 3 методом высокодозной ионной имплантации» . Дело МРС . 382 : 107. дои : 10.1557/PROC-382-107 .
- ^ Jump up to: а б Dobrovinskaya, Elena R.; Lytvynov, Leonid A.; Pishchik, Valerian (2009), Pishchik, Valerian; Lytvynov, Leonid A.; Dobrovinskaya, Elena R. (eds.), "Properties of Sapphire" , Sapphire: Material, Manufacturing, Applications , Boston, MA: Springer US, pp. 55–176, doi : 10.1007/978-0-387-85695-7_2 , ISBN 978-0-387-85695-7 , получено 12 мая 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Рамдас, Рошан Л. Аггарвал, Анант К. (3 мая 2019 г.). Физические свойства алмаза и сапфира . Бока-Ратон: CRC Press. дои : 10.1201/9780429283260 . ISBN 978-0-429-28326-0 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Уодли, Гайдн Н.Г.; Лу, Ичи; Голдман, Джеффри А. (1 марта 1995 г.). «Ультразвуковое определение модуля модуля монокристаллического сапфирового волокна» . Журнал неразрушающего контроля . 14 (1): 31–38. дои : 10.1007/BF00735669 . ISSN 1573-4862 .
- ^ Jump up to: а б Синани, АБ; Дынкин, НК; Литвинов Л.А.; Коневский, П.В.; Андреев Е.П. (1 октября 2009 г.). «Твердость сапфира в различных кристаллографических направлениях» . Вестник Российской академии наук: Физика . 73 (10): 1380–1382. дои : 10.3103/S1062873809100177 . ISSN 1934-9432 .
- ^ Крелл, Андреас; Бланк, Пол; Ма, Хунвэй; Хатцлер, Томас; ван Брюгген, Мишель П.Б.; Апец, Рольф (2003). «Прозрачный спеченный корунд высокой твердости и прочности» . Журнал Американского керамического общества . 86 (1): 12–18. дои : 10.1111/j.1151-2916.2003.tb03270.x . ISSN 0002-7820 .
- ^ Мюллер, Олаф; Рой, Рустум (1974). Основные тройные структурные семейства . Нью-Йорк: Springer-Verlag. ISBN 0-387-06430-3 . ОСЛК 1056558 .
