Почему гранит тверже металла и чем его можно поцарапать
Гранит царапает сталь. Сталь не царапает гранит. Для человека, привыкшего к тому, что металл — это символ прочности, этот факт звучит неожиданно. Но у природы свои законы, и по шкале твердости обычный гранит обгоняет большинство металлов, включая железо, медь, алюминий и даже некоторые сорта стали.
Шкала Мооса: как измеряют твердость
Твердость минералов измеряют по шкале Мооса. В этой шкале десять эталонных материалов от самого мягкого до самого твердого. Тальк — единица. Алмаз — десять. Принцип прост: более твердый материал царапает более мягкий.
Кварц, входящий в состав гранита, занимает седьмое место. Он тверже стекла, тверже ножа, тверже большинства металлов. Железо и медь находятся в районе четвертой-пятой позиции. Сталь может быть разной — от пятой до седьмой в зависимости от марки и термообработки. Обычная конструкционная сталь — около пятой с половиной. Она мягче кварца.
Почему металл мягче гранита
Твердость материала определяется тем, как его атомы связаны друг с другом. В металлах атомы упакованы плотно, но связь между ними металлическая — электроны свободно перемещаются, и атомные слои могут смещаться относительно друг друга. Это делает металлы пластичными и ковкими. Они не ломаются при ударе, а гнутся.
В кварце — кремнеземе — атомы кремния и кислорода связаны ковалентными связями. Это очень прочные направленные связи, которые трудно разорвать. Слоев нет, пластичности нет. При попытке сдвинуть атомы с места они сопротивляются гораздо сильнее, чем в металле. Поэтому кварц царапает сталь, а сталь не царапает кварц.
У металлов есть преимущество в другом. Они вязкие. Гранит хрупкий — его можно расколоть ударом. А металл при ударе лишь деформируется. Но если говорить именно о сопротивлении царапанию, гранит превосходит большинство металлов.
Чем можно поцарапать гранит
Раз гранит такой твердый, то поцарапать его может только то, что еще тверже. Вот список материалов, которые оставляют след на граните.
Кварц. Тот же самый минерал, из которого состоит гранит. Кусок чистого кварца царапает гранитную поверхность. Но это редкий случай — кварц редко используют как инструмент.
Топаз. Восьмое место по Моосу. Топаз без труда царапает гранит. Но топаз — драгоценный камень, и в качестве царапающего инструмента его не применяют.
Корунд. Девятое место. Это наждак, который используют в абразивных кругах и шлифовальных порошках. Корунд уверенно царапает гранит. Им шлифуют гранитные поверхности на финальных этапах обработки.
Алмаз. Десятое место. Самый твердый материал на Земле. Алмаз режет гранит как масло. Алмазные диски, алмазные фрезы, алмазные канаты — главный инструмент современной камнеобработки.
Карбид кремния. Искусственный абразив, который по твердости близок к корунду и даже немного превосходит его. Используется в шлифовальных шкурках и кругах для грубой обработки гранита.
Некоторые стали. Да, некоторые специальные стали после особой термообработки могут достигать твердости, сопоставимой с кварцем. Это инструментальные стали, которые используют для резьбы по камню. Но такие стали дороги и хрупки.
Что НЕ может поцарапать гранит
Многие вещи, которые кажутся твердыми, на самом деле бессильны против гранита. Стальной нож не оставляет следа. Полированную гранитную столешницу можно резать ножом — лезвие затупится, а на камне не останется ни царапины.
Стекло. Обычное оконное стекло имеет твердость около пяти с половиной по Моосу. Оно мягче гранита. Гранит царапает стекло, а стекло — нет.
Керамическая плитка. Ее твердость примерно такая же, как у стекла. Керамика не царапает гранит.
Металлические ключи, монеты, инструменты из обычной стали. Все они оставляют на граните лишь серые полосы — это следы самого металла, которые легко стираются. Сам камень не повреждается.
Почему гранит все же можно расколоть молотком
Твердость и прочность на удар — разные вещи. Гранит твердый, но хрупкий. Кварц внутри него не имеет пластичности. Если ударить по граниту тяжелым молотком, он треснет или расколется. Металлическая пластина при таком же ударе просто погнется.
Это важно при обработке гранита. Резать его можно только алмазным инструментом. А вот отколоть кусок — можно и стальным зубилом с кувалдой. Ударная нагрузка разрушает кристаллическую решетку гранита, даже если отдельные кристаллы тверже металла.
Как это связано с полировкой гранита
Полировка гранита — это процесс нанесения микроскопических царапин все более мелким абразивом. Сначала используют грубый абразив — например, карбид кремния или корунд крупной зернистости. Они оставляют глубокие царапины. Затем абразив меняют на более мелкий, который зашлифовывает предыдущие царапины и оставляет свои, более тонкие. Так доходят до алмазной пасты с зерном в доли микрона.
Финишная полировка — это уже не царапанье, а текучесть. При очень мелком абразиве и высоком давлении верхний слой гранита начинает вести себя как пластичный материал. Микроскопические неровности сглаживаются, и поверхность становится зеркальной.
Но на первом этапе — именно царапанье. И царапать гранит может только то, что тверже его самого. Поэтому все шлифовальные и полировальные инструменты для гранита делают на основе алмаза или корунда.
Практический вывод для владельца памятника
Памятник из гранита не боится царапин от посторонних предметов. Дети могут водить по нему палками, птицы царапать когтями, металлические венки и лампады тереться о поверхность — ничего не случится. Гранит тверже всего, что обычно встречается на кладбище.
Но есть исключение. Если на памятник упадет керамическая ваза и разобьется, острый осколок керамики не поцарапает гранит — керамика мягче. А вот если на камне останется песок и по нему провести чем-то твердым, песчинки кварца могут поцарапать полировку. Кварцевый песок — это тот же самый минерал, из которого состоит гранит. Поэтому мокрый песок, замерзший на памятнике, опасен. При очистке льда металлическим скребком песок может сработать как абразив и оставить царапины.
Также не стоит проверять твердость гранита на своих памятниках — например, пытаясь поцарапать их ножом. Нож не оставит следа, но если на камне есть песчинки, движение ножа может их сдвинуть и поцарапать поверхность.
Заключение: вечный камень
Гранит тверже большинства металлов, потому что кварц в его составе имеет ковалентные связи, которые прочнее металлических. Поцарапать гранит могут только материалы, находящиеся выше на шкале Мооса: кварц, топаз, корунд и алмаз. Обычная сталь, стекло, керамика — бессильны. Это свойство делает гранит идеальным материалом для памятников. Он не боится вандалов, не боится времени, не боится случайных царапин. Он действительно вечен в человеческом понимании этого слова.