Атомно-кристаллическое строение металлов

ТЕОРИЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

Рис. Схема связей между характеристиками материала

Кристаллическая решетка - воображаемая пространственная решетка, укладка атомов в которой характеризуется определенным порядком–периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям.

Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл, характеризует особенности его строения.

Для металлов характерны три основных типа решетки:

1. Объемно-центрированная кубическая (ОЦК).

Атомы располагаются в вершинах куба и один атом в центре куба.

ОЦК-решетку имеют металлы: Pb, K, Na, Li,Tiβ, Zrβ, Ta, W, V, Feα, Cr, Nb, Ba, Mo

2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК)/

Атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней

ГЦК-решетку имеют металлы: Feγ, Ni, Al, Caα, Ce, Srα, Pb, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Jr, Feγ, Cu, Coα

3. Гексагональная (в основании лежит шестиугольник) плотноупакованная (ГПУ).

Атомы располагаются в вершинах ячейки, по центру шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы.

ГПУ-решетку имеют металлы: Mg, Tiα,Cd, Re, Os, Ru, Zn, Coβ, Be, Caβ

Углерод в виде графита имеет простую гексагональную решетку (атомов в средней плоскости нет) – большое расстояние между плотноупакованными плоскостями, очень мягкий.

Рис. Кристаллические решетки металлов: а – объемно-центрированная кубическая (ОЦК); б – гранецентрированная кубическая (ГЦК); в – гексагональная плотноупакованная (ГПУ)

Координационное число К - число ближайших соседей данного атома, характеристика плотности упаковки решетки:

- для ОЦК-решётки К=8 (т.е. атомы, находящиеся в вершине, принадлежат восьми элементарным ячейкам)

- ГЦК-решётки К=12.

Вопрос-пример с графитом и алмазом: природа одна, а решетки разные, значит и расстояния тоже.

Свойства тела зависят:

- от природы атомов, из которых оно состоит,

- от силы взаимодействия между этими атомами (определяется расстояниями между ними и типом связи).

Анизотропия - зависимость свойств от направления.

Аморфные тела изотропны (свойства не зависят о направления, атомы хаотично расположены, расстояния между ними одинаковы).

Кристаллические тела:

- монокристаллы анизотропны (атомы упорядочены, расстояния между ними зависят от направления)

- поликристаллы квазиизотропны (произвольная ориентировка зерен приводит к усреднению свойств в поликристалле. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, вследствие чего свойства реальных металлов усредняются).

Дефекты кристаллической решетки металлов

Дефекты кристаллической решетки - структурные несовершенства, выражающиеся в ее локальных искажениях. При наличии дефектов изменяются расстояния между атомами, что влияет на свойства металла.

Дефекты:

1. точечные – малые во всех трех измерениях (нуль-мерные);

2. линейные – малые в двух измерениях и сколь угодно протяженные в третьем (одномерные);

3. поверхностные – малые в одном измерении (двумерные);

4. объемные (трехмерные)

Прим. Малые размеры - нескольких атомных диаметров.

1. Точечные дефекты

Вакансия – недостающий атом (ион) в узле кристаллической решетки.

Межузельный атом − лишний атом в междоузлии. Концентрация их невелика, так как для их образования требуется существенная затрата энергии (например, облучение металла ядерными частицами).

Примесный атом - занимает место основного атома в узле, либо внедрен внутрь ячейки.

Вакансии и межузельные атомы появляются в кристаллах при любой температуре выше абсолютного нуля из-за тепловых колебаний атомов.

Дата добавления: 2014-01-20