¿Por qué el diamante tiene menor resistencia a la tracción que el hierro?

La resistencia de los materiales se ve afectada por los defectos. Un cristal de hierro perfecto sería extremadamente fuerte. Una vez que comienza una grieta, no es tan difícil hacer que avance un átomo más profundo. Piensa en abrir una bolsa de plástico. Mucho más fácil una vez que comienza el desgarro.

Los materiales quebradizos pueden romperse más fácilmente porque se estiran menos. Es más fácil romper una hoja de papel que una hoja de goma. El caucho se estira para que la fuerza se distribuya a través de una gran región. En papel, todo está en una pequeña región cerca de la punta del desgarro. Una región pequeña tiene un área de sección transversal más pequeña. La tensión es mayor para la misma fuerza.

Los datos que cita muestran que el diamante es más fuerte que el acero, pero la fuerza no es lo mismo que la fragilidad (o, de hecho, la rigidez). La fragilidad tiene que ver con la cantidad de energía que se necesita para romper algo, y tiene en cuenta la cantidad de deformación que puede soportar, así como su resistencia. El acero puede deformarse mucho antes de romperse, el diamante no, por lo que el diamante es más frágil que el acero pero mucho más fuerte.

En realidad, los datos presentados por You muestran que el hierro/acero es más frágil que el diamante. Se desconoce la resistencia a la tracción precisa del diamante , sin embargo, se han observado valores de hasta 60000 MPa. Los valores típicos de resistencia a la tracción del hierro/acero varían de 100 a 11000 MPa. Por lo tanto, el diamante puede resistir más que el hierro/acero.

Una barra de vidrio puede tener una mayor resistencia a la tracción que el hierro si se pule correctamente. Entonces, una barra de diamante con una red cristalina perfecta tendrá una gran resistencia a la tracción. Pero probablemente no sea el mejor, tal vez una barra de grafeno enrollada funcionaría mejor, ya que más enlaces pueden absorber la fuerza de tracción al mismo tiempo. Una cadena simple de átomos de carbono con dobles enlaces entre ellos puede resultar ganadora. Pero cuando los cristales se rompen, se rompen, el acero es mucho mejor de esa manera, ya que puede ser dúctil y alargarse. La energía necesaria para separar el material en dos piezas puede ser mayor para algunos tipos de acero. La seda de araña también puede funcionar bien.

Un cristal perfecto de nanoliso grabado con diamante tendría una resistencia a la tracción mucho mayor que eso. Según https://en.wikipedia.org/wiki/Fracture_mechanics, son las grietas superficiales microscópicas las que hacen que los sólidos quebradizos tengan una resistencia mucho menor porque cada vez que se les aplica tensión, se concentra en la punta de la grieta. Cuanto más larga sea la fisura, se necesita menos tensión para aumentar la tensión en la punta de la fisura y propagarla aún más. Una vez que se aplica suficiente tensión para propagar más la grieta, la tensión se puede aumentar aún más fácilmente porque la grieta es más larga, por lo que se obtiene el efecto descontrolado de la grieta que crece a la velocidad del sonido en el material, lo que hace que el objeto parezca romperse instantáneamente. Rascar es una forma de introducir una grieta en un objeto nanosuave y hace un buen trabajo porque, de acuerdo con la respuesta de Whit3rd a mi pregunta en ¿Cómo una punta infinitamente dura raya un material amorfo y quebradizo cuando se desliza a lo largo de él?, el comienzo de la acción de rascado introduce grietas que luego pueden propagarse debido a la tensión aumentada, lo que hace que la superficie se debilite lo suficiente como para rasparse aún más profundamente, lo que debilita aún más la superficie y ese proceso continúa hasta que el rasguño es tan profundo que la punta ya no ejerce suficiente fuerza por área para hacer el rasguño más profundo incluso con la fuerza reducida como resultado del rascado.

Un diamante no es más fuerte que el acero. Es más suave que el acero ya que sus moléculas están mucho más juntas, lo que facilita, por ejemplo, que una broca con punta de diamante resista el desgaste, ya que lo que sea que esté perforando se deslizará alrededor de la suavidad de la punta de diamante. Sin embargo, hoy en día, los crackers seguros utilizan una broca con punta de acero especial. Duran más que las puntas de diamante debido a cómo están hechas. El acero es mucho más denso que un diamante, cada molécula de acero pesa mucho más que un átomo de carbono solo.

La suavidad es más o menos un truco del diamante para que parezca titanio o algo así. No es simplemente suave.

El acero es el metal más fuerte que tenemos actualmente. El único problema es que el acero se fabrica en refractarios al aire libre donde las moléculas de aire y otros desechos pueden fundirse en el acero. Pero el acero es tan fuerte que realmente no importa tanto. Pero sí, haga que el acero sea tan suave como un diamante y tendrá un metal superman con una mayor resistencia al desgaste que cualquier otra superficie conocida por el hombre.