Упорядоченные твердые растворы

При рассмотрении твердых растворов замещения мы отмечали, что атомы компонента растворенного вещества замещают узлы решетки растворителя статистически беспорядочно. В общем случае это действительно так и происходит.

Рис. 17. Кристаллические решетки сплавов системы Cu – Au:

а - неупорядоченный твердый раствор; б - упорядоченный сплав Cu₃Au;

в - упорядоченный сплав CuAu

В этом случае полагают, что в твердом растворе существует ближний порядок. Кроме того, имеется ряд твердых растворов, в которых при высоких температурах существует статистически беспорядочное распределение атомов или ближний порядок. Но при медленном охлаждении до низких температур, или в процессе отжига при невысоких температурах в них происходит такое перераспределение в расположении атомов, в результате которого атомы растворителя и растворенного вещества занимают в кристаллической решетке строго определенные позиции и растворы становятся упорядоченными.

Примером твердого раствора такого типа может служить сплав Сu - Аu, с содержанием золота равным 25 % (ат.).

При высоких температурах этот твердый раствор имеет неупорядоченное распределение атомов в ГЦК решетке (рис. 17, а), а после низкотемпературного отжига атомы золота занимают однотипные позиции, например углы куба, а атомы меди другие позиции - центры граней куба (рис. 17, б). В твердом растворе этой же системы, но при содержании меди и золота по 50 % (ат), при высоких температурах также наблюдается статистически-беспорядочное распределение атомов. Но при низкотемпературном отжиге происходит такое перераспределение атомов, при котором атомы золота и меди чередуются слоями в плоскостях кристаллической решетки (рис. 17, в). В результате такого перераспределения атомов происходит некоторое изменение симметрии решетки: вместо ГЦК решетка становится центрированной тетрагональной с отношением с/а близким к единице.

Рассмотренные твердые растворы со строго упорядоченным расположением атомов в кристаллической решетке принято называть сверхструктурами.

Несмотря на то, что при образовании сверхструктуры состав сплава не изменяется, а происходит только перераспределение атомов по узлам кристаллической решетки, это приводит к значительному изменению его магнитных, электрических и особенно механических свойств. Неупорядоченные твердые растворы, как правило, менее прочны и более пластичны. Материалы, характеризующиеся наличием сверхструктуры более прочны, но в большинстве случаев хрупки.

Сверхструктуры являются как бы промежуточными формированиями между твердыми растворами и интерметаллическими соединениями. С интерметаллическими соединениями они схожи тем, что упорядоченное расположение атомов и резкое изменение свойств у них такое же. Отличием является отсутствие у сверхструктур достаточно строгих стехиометрических соотношений между компонентами и то, что в них степень упорядоченного расположения атомов можно менять термообработкой.

Дата добавления: 2014-01-05