Прочность минералов

Прочность, или сопротивляемость разрушению, характеризует сопротивление материала механической деформации или разрушению. Иначе говоря, это сопротивление разрыву связей между атомами или ионами, составляющими материал, при его изгибе, раскалывании, растирании или резании. Наряду с рассмотренными физическими свойствами такими, как спайность, отдельность и излом при описании минералов часто используются такие характеристики их сопротивляемости разрушению, как упругость, пластичность, хрупкость, ковкость, мягкость, гибкость и вязкость. Многие из этих свойств минералов (упругость, т. е. измеряют скорость прохождения упругих волн и др.) используют при геофизических исследованиях, хотя геофизики имеют дело не столько с минералами, столько с горными породами. Особенно хорошо прочностные свойства материалов изучены учеными, занимающимися исследованиями в области металлургии, керамике, физике твердого тела. Поэтому номенклатура этих свойств сильно зависит от области науки. Например, то, что одни называют модулем упругости и несжимаемостью, другие именуют податливостью и жесткостью. Кроме того, для некоторых таких величин разными методами были получены разные значения, поэтому надо быть внимательным при их использовании. Основные прочностные закономерности сводятся к следующему:

1. Упругость материала зависит от силы связей и кристаллической структуры. Как было определено методом прохождения упругих волн в минерале, упругость наиболее высока при ионной связи. Несколько меньшую, но, тем не менее, высокую упругость имеют соединения с ковалентной связью. При металлической связи упругость низкая, а при вандерваальсовой – очень низкая. Упругие свойства, как правило, анизотропны, в том числе и в материалах, относящихся к кубической сингонии.

2. Пластичность в значительной мере обусловлена микросдвигами, параллельными определенным плоскостям решетки.

3. Ковкость свойственна только веществам с металлической связью (металлам). Хрупкость зависит от присутствия микротрещин (т. е. нарушений сплошности, вызванной повышенной концентрацией дефектов в структуре). Под действием нагрузки трещины разрастаются и минерал разрушается.

4. Вязкость, которую можно определить как величину энергии, которую применяют к материалу до его разрушения, обычно выше у кристаллических агрегатов (в том числе и горных пород), чем у отдельных зерен. Так, например, карбонадо, представляющий собой агрегат мелких зерен алмаза, значительно труднее расколоть, чем монокристалл алмаза. А вязкость нефрита (спутанно-волокнистого агрегата амфибола – тремолита или актинолита) вообще уникальна – он в 5 раз прочнее стали, его крупные куски просто невозможно разбить. В то же время отдельные кристаллы тремолита и актинолита обладают низкой прочностью и легко разрушаются.

5. Прочность непосредственно не связана с твердостью. Так, например, алмаз обладает значительно меньшим сопротивлением разрушению (из-за его легкого раскалывания по спайности), чем жадеит (твердость 6) или нефрит (твердость 5–6), которые образуют чрезвычайно вязкие поликристаллические массы.