Поліморфізм

Анізотропія і ізотропія

Базис кристалічної гратки.

Базисом гратки називається кількість атомів, що припадає на одну елементарну комірку

На одну елементарну комірку ОЦК-гратки в цілому припадає два атоми: один атом у центрі куба й один атом по масі сумарно вносять атоми, що розташовуються у кутах куба (кожний атом у кутах куба одночасно належить восьми сполученим елементарним коміркам і на дану комірку припадає лише 1/8 маси цього атома, а на всю комірку 1/8х8=1 атом). На елементарну комірку ГЦК-гратки припадають чотири атоми; з них один атом вносять атоми, що розташовані у кутах куба, а три атоми сумарно (1/2х6=3) вносять атоми, які знаходяться на середині грані, тому що кожний з таких атомів належить двом граткам. На елементарну комірку ГЩУ-гратки припадає шість атомів (3+1/6x12+1/2x2=6).

Різний рівень фізико-механічних властивостей

окремих кристалів (монокристалів) у різних площинах і напрямках

кристалічної ґратки — анізотропія. Це характерна особ-

ливість кристалічного тіла на відміну від аморфних з неупорядкованою

насиченістю атомами у різних напрямках, тобто ізотропних.

У різних кристалографічних площинах, проведених через центри

атомів у кристалічних решітках, число атомів і відстані між ними

неоднакові. У зв'язку з цим властивості монокристалів у різних

напрямках неоднакові. Таке явище називається анізотропією.

Анізотропія виявляється в неоднаковості опорів монокристала

електричному струму і швидкості розчинення в хімічних реактивах, у

відмінності механічних властивостей. Наприклад, міцність зразків,

вирізаних у різних напрямках з монокристала міді, відрізняється

приблизно в 3 рази, а пластичність - більше ніж у 5 разів.

Реальні технічні метали є полікристалами, тобто складаються зі

значної кількості по-різному орієнтованих у просторі анізотропних

кристалів (зерен). Тому властивості таких полікристалів у всіх на-

прямках усереднюються і практично не відрізняються. Проте такі

технологічні операції, як кування, прокатування, штампування, можуть

створювати певну переважаючу орієнтацію зерен і призвести до

анізотропії полікристалічного металу.

Так, міцність зразків, вирізаних з листа вздовж і впоперек напряму

прокатування, різна, температурний коефіцієнт лінійного розширення

листа з цинку залежно від напряму прокатування може відрізнятися в

1,5-2 рази.

Ізотропія - це явище протилежне анізотропії.

Алотропія металів (або поліморфізм) — це властивість перебудовувати решітку при певних температурах у процесі нагрівання або охолодження. Алотропія властива всім елементам, які змінюють валентність при зміні температури, наприклад залізу, марганцю, нікелю, олову та ін. Кожне алотропічне перетворення відбувається при певній температурі. Наприклад, одне з перетворень заліза відбувається при температурі 911 °С, нижче від якої атоми складають решітку центрованого куба, а вище — решітку гранецентрованого куба.

Структура, що має ту або іншу решітку, називається алотропічною формою, або модифікацією. Різні модифікації позначають грецькими буквами а, (3, у і т. д., причому буквою а позначають модифікацію, яка існує при температурах нижче від першого алотропічного перетворення. Алотропічні перетворення супроводжуються віддачею (зменшенням) або поглинанням (збільшенням) енергії.

Поліморфізм заліза
Існує крива охолодження заліза з обліком усіх твердо фазних перетворень, що відбуваються у нього. видно, що залізо має дві температури поліморфного перетворення: 911оС і 1392оС (1400оС). Після затвердіння (кристалізації) при температурах 1539оС залізо має ОЦК решітки і ця модифікація позначається як δ–Fe.. видно також, що β і α модифікації заліза мають один і той же тип решітки – ОЦК і відрізняються тільки параметром решітки. Тому їх іноді розглядають як одну і ту ж модифікацію, хоча при перетворенні β–Fe в α–Fe залізо набуває магнітних властивостей

10.Точкові дефекти твердого тіла

Точкові дефекти можуть бути власними (структурними) і домішковими: вакансії, міжвузлові атоми і атоми домішки.

Вакансія – при видаленні атома із його нормального положення у вузлі кристалічної гратки.

Міжвузловий атом, що утиснувся між атомами гратки, які знаходяться у вузлах.

Атоми розглядаються як жорсткі кулі.

Навколо вакансії зсув сусідніх атомів дуже невеликий і складає частки міжатомної відстані (~2%). Навколо міжвузлового атома у щільній упаковці зсув сусідів більший (~10%). Швидке затухання атомних зсувів при віддаленні від точкового дефекту означає, що міжатомні сили є силами близькодії, які різко спадають при збільшенні відстані. Оскільки вакансія намагається стягнути гратку навколо себе, то її слід розглядати як цент усебічного розтягу. Міжвузловий атом – це центр напружень стиснення.Частина атомів або іонів може бути відсутньою на місцях, відповідних ідеальній схемі грат. Такі дефектні місця називаються вакансіями. 1 Вакансії. Вакансія, дефект за Шоткою, дефект кристала, що є відсутністю атома або іона у вузлі кристалічної решітки.

Вакансія є у всіх кристалах, як би ретельно ці кристали не вирощувалися. У реальному кристалі вакансії виникають і зникають в результаті теплового руху атомів. Механізм утворення вакансій можна представити як вихід атомів поверхневого шару на поверхню з подальшим переходом виникаючих поверхневих «дірок» (рис. 8 а, б, в).

При цьому замість зв'язку з трьома сусідніми атомами залишається лише один зв'язок, а дві інші розриваються. Отже, робота, необхідна для утворення вакансії, рівна енергії двох зв'язків.

Вакансії безладно переміщуються в кристалі, обмінюючись місцями з сусідніми атомами. Рух вакансій є головною причиною перемішування (самодифузії) атомів в кристалі, а також взаємній дифузії контактуючих кристалів. Кожній температурі відповідає певна рівноважна концентрація вакансій. Кількість вакансій у кристалах металів поблизу температури плавлення досягає 1—2% від числа атомів.

При кімнатній температурі в алюмінію одна вакансія припадає на 1012 атомів, а в таких металів, як срібло і мідь, кількість вакансій при кімнатній температурі ще менша. Проте, не дивлячись на малу концентрацію, вакансії істотно впливають на фізичні властивості кристала: знижують щільність, викликають іонну провідність і ін. Вакансії відіграють важливу роль в процесах термообробки, спіканні і інших процесах.

Дата добавления: 2015-05-07