作者mleaf (李 侠)
看板EarthScience
标题Re: [问题] 硬度的知识
时间Fri Mar 27 00:08:52 2009
经过我跟withdream大大一连串的讨论
以及请我同学做了一点点分析
我想我应该是得到了足够的答案
我将我们讨论的内容稍微整理一下
在此跟大家分享。
首先我和withdream大大讨论了有关分析试片的想法,
告知我们实验室的试片在过去就已经做过的分析
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以下是我写给withdream信的重点:
我们蓝宝石在切成基板之前,会先以X-ray定出晶向,
并以特殊切割仪器沿着已定出的方向做切割
目前我们所使用的蓝宝石基板是沿着c面切出来的,2英寸圆型薄片,约3~500um厚
并在表面做抛光处理
X-ray绕射图
http://www.wretch.cc/album/show.php?i=jjleaf&b=13&f=1278786268&p=2
(连结已失效,请点以下连结)
http://photo.xuite.net/swa0303sea/12163593/2.jpg
可以确定我们的蓝宝石是单晶。
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withdream大大回应:
我查过刚玉的资料,刚玉没有解理,
但在{0001}和{101-1}的位置容易出现裂理(parting),
你说你们的基板是沿着C面切开,我不太知道C面是什麽,
是不是言C轴,或是垂直C轴?
我也问过老师,老师的意思大概是如果你不是刚好割到裂理,
就是因为刀片刃端的应力集中,将刚玉压破而不是划伤,
所以尝试不要拿刀刃的地方去划刚玉,用刀背试试看,
如果还是划伤了,你的刚玉就有问题,
因为我们实验室之前也做过刚玉,小刀根本画不动
另外就是一般测硬度是要拿两种物质互磨,
软的一方会被划出粉墨,你可以仔细研究看看画出刀痕的地方有没有粉末出现。
我今天有拿我们实验室的刚玉来试过,小刀刃面的确可以画出刀痕,
但是无法画出粉末。所以你可以拿玻璃来试试看,如果玻璃无法画伤刚玉,
小刀无法画商玻璃,那麽可以间接证明你们的刚玉没有问题,
不过请不要拿玻璃的尖角去试,结果可能跟小刀一样。
关於实验方式,因为我一开始预设你是用天然的刚玉,
所以我会想知道它是不是单晶,结晶方向如何,
如果你们自己做过一些基本分析的话,那其实也不需要我帮你们做分析,
我能帮忙的就是尝试以矿物学的角度去解释你的数据和疑问。
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我回应了withdream大大这样的内容:
非常感谢大大的解释
我觉得满合理的
我所说的c面,就是沿着"垂直於c轴"做切片
也就是说我们的基板面都是C轴朝上
但不太了解"解理"与"裂理"是什麽意思?
另外,我想追根究柢的问一下
你们所谓的"压破"与"划伤"微观上的差别究竟在那里?
两者都是在刚玉上留下一条一条的痕迹,为何会有有无粉末上的差异呢?为何不是粉末
上多与少的差异呢?
两者差异在哪里?
附件其中一张是我们实验室所使用刚玉基板的照片,
http://www.wretch.cc/album/show.php?i=jjleaf&b=13&f=1278786270&p=4
(原连结已失效,改以下连结)
http://photo.xuite.net/swa0303sea/12163593/3.jpg
化学成分是99.99%以上的Al2O3,因此成透明无色
另一张就是那人工刚玉,以"柴氏提拉法"刚生长完,尚未切片的样子
http://www.wretch.cc/album/show.php?i=jjleaf&b=13&f=1278786269&p=3
(原连结已失效,改以下连结)
http://photo.xuite.net/swa0303sea/12163593/4.jpg
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withdream大大给我了解答:
解理的定义是: 矿物受力沿键结脆弱方向破裂的平整破裂面(ex: 石墨的001),如果一个
矿物在各结晶方向键结皆相等(ex: 石英)就不会有平整破裂面
裂理的定义是: 矿物结构脆弱的面,例如: 晶的接触面。结构脆弱不代表键结较弱,所以
会有解理面和裂理面的差异
另外"压破"或"划伤"的差异,主要是因为你问的是硬度,硬度的定义是两个矿物"互磨",
硬的一方可以将另一方划伤,或着是软的一方可以在硬的一方上留下条痕。在矿物学里,
条痕的定义是粉末的颜色,所以划伤应该是会刮出粉末。另外因为你的试片很薄,才
300~500um ,本身刚玉非常的脆(理论上来说,硬度越高越脆),所以不排除刀刃把基本
压破的可能性,就像你不可能用指甲来切割玻璃,但是若你用一根指头压着载玻片,很容
易就能把载玻片压碎。
关於偏光显微镜如何监定缺陷,首先你必须对晶体的光学性质有所了解,结晶物质会有一
些特别的光学性质,例如方解石的双折射。但若经体内有缺陷,则晶体结构不完整,就无
法反映出相同的光学性质,那在偏光显微镜下,就会看到有不同的光学现象出现,例如
http://web2.nmns.edu.tw/PubLib/NewsLetter/91/179/images/10-7.jpg 连结的图片上
,左下角的灰白色矿物颗粒上的线条,是长石常见的聚片双晶。同样缺陷也是晶体结构出
现差排或是不完整的部分,也会造成同一个矿物颗粒光学性质的不一致,如此可以初步监
定样品是否有缺陷。
(连结在withdream大大寄给我时就已经不存在,可再向他要)
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最後,我请我们实验室的学弟
将被小刀划出刻痕的地方拿去做电子显微镜分析做表面形貌分析
(先补充一点:虽然基板只有300um,但小刀划完,基板并没有破,只是出现刮痕)
在1000倍下的SEM很明显可以看出,什麽叫压破
http://www.wretch.cc/album/show.php?i=jjleaf&b=13&f=1278786271&p=5
(原连结已失效,改以下连结)
http://photo.xuite.net/swa0303sea/12163593/5.jpg
图中右边很明显有一道深深被小刀破坏的沟槽
从沟槽的痕迹,可以推测蓝宝石被小刀破坏後,都依着一定的方向碎裂再掉下来。
(裂痕都是接近平行的方向,剥落後残留的形状也是互相平行)
到此,我觉得大概就明白,蓝宝石是怎麽被小刀破坏的了。
以坚硬的东西,集中一点去施力,产生很强大的压力,也就是应力集中,
该材料从该点周围开始龟裂,
划过後,就硬是将已龟裂的部分抠下来,
因此是一颗颗的大颗粒的剥落。
应该就是withdream大大所说的"压破"
这种破坏方式,就算是钻石,也可能被破坏。
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1306021206428
(可参考这个回答者的参考资料)
并不是如今市面上买的小刀经过处理
想当然尔,这样做刀子会钝掉的更快。
而莫氏硬度的实验,应该是在"避免应力集中"的条件下互磨,
方可比较出两者的硬度。
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 140.117.60.233
1F:推 ntouhr:很有趣的实验 顺便问一下 那个刚玉是用火焰法合成的吗? 03/27 00:16
2F:→ mleaf:柴氏提拉法 03/27 00:18
※ 编辑: mleaf 来自: 140.117.60.233 (03/27 00:21)
3F:推 withdream:其实这只是两个好奇宝宝的结论而已.... XD 03/27 01:00
4F:推 fushi:推SEM分析 这张图很有说服力 03/27 03:12
5F:推 galewind:推!所以再硬的东西都有办法被切割..例如水刀?? :P 03/27 04:02
6F:推 cting:推~~好奇宝宝们很赞 03/27 10:42
7F:→ mleaf:水刀是高压极细水柱+细沙 03/27 12:50
8F:推 cting:原来水刀有加细砂喔........................长智慧了 03/27 13:07
10F:推 singerpro:水刀会加石榴子石砂做磨料,是用撞击的方式做切割 03/28 00:36
※ 编辑: mleaf (140.117.60.233), 10/26/2015 15:35:08