По сложившейся традиции начнём курс материаловедения с раздела N 1 "Особенности кристаллического строения металлов".
План раздела 1:
а) Кристаллическое строение металлов и сплавов;
б) качество материала
в) Понятие об изотропии и анизотропии;
г) Кристаллизация металлов и сплавов;
д) Аморфное состояние материалов;
е) Дефекты кристаллического строения;
ё) Диффузия в металлах и сплавах;
ж) Анализ макро и микроструктуры;
з) полиморфные превращения.
а) Кристаллическое строение металлов и сплавов.
Вспомним ту самую таблицу Менделеева, которую мы когда-то учили в школе на уроках химии.
Все материалы по химической основе делятся на две основные группы: металлические и неметаллические.
К неметаллическим материалам относят пластик, древесину, пластмассу, керамику, стекло и т.д. Поэтому в данном разделе мы не будем рассматривать неметаллические материалы.
Нас интересует металлическая группа материалов, к которой относят металлы и сплавы. Металлы составляют более 2/3 химических элементов.
83 из известных 112 химических элементов таблицы Менделеева являются металлами. Они обладают рядом характерных свойств:
-высокой электро- и теплопроводностью;
-положительным коэффициентом электросопротивления (с повышением температуры электросопротивление растёт);
-хорошей отражательной способностью (блеском);
-способностью к пластической деформации;
-полиморфизм.
Наличие перечисленных свойств обусловлено металлическим состоянием вещества, главным из которых является наличие легкоподвижных коллективизированных электронов проводимостями.
Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов в кристалле.
Кристалл состоит из атомов (ионов), расположенных в определённом порядке, который периодически повторяется в трёх измерениях.
Наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решётку, называют элементарной ячейкой.
Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла.
Основными параметрами кристалла являются:
размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки –
расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении
выдерживаются строго определенными.
углы между осями (
).
координационное число (К) указывает на число атомов,
расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в
решетке (рис.1.1).
базис решетки количество атомов, приходящихся на одну
элементарную ячейку решетки.
плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем,
занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее
определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для
объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентри-
рованной кубической решетки – 0,74).
Классификация возможных видов кристаллических решеток была
проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили
название «решетки Браве».
Всего для кристаллических тел существует
четырнадцать видов решеток.
Простейшим типом кристаллической ячейки является кубическая
решѐтка. В простой кубической решѐтке атомы расположены (упакованы)
недостаточно плотно.
Стремление атомов металла занять места, наиболее близкие друг к
другу, приводит к образованию решеток других типов (рис.1.2):
- объѐмноцентрированной кубической решѐтки (ОЦК) (рис.1.2, а) с
параметром:
а = 0,28 – 0,6мм = 2,8 – 6,0 Å
- гранецентрированной кубической решѐтки (ГЦК) (рис.1.2, б) с
параметром:
а = 0,25мм
- гексагональной плотно - упакованной решѐтки (ГПУ) (рис.1.2, в) с
параметром:
с / а 1,633
Вместо заключения
Вредный совет на злобу дня:
Если как-то вас попытаются запугать: "ГПУ к вам само придёт!", не стесняйтесь переспрашивать: "ГПУ в смысле гексагональная плотно упакованная решётка? Впервые слышу, чтоб ГПУ сама умела приходить к людям! Было бы занятно посмотреть на подобное чудо природы - решётку-самоходку!"