В.№1 Понятие о кристаллическом строении металлов: пространственная кристаллическая решетка, элементарная кристаллическая ячейка, параметры ячейки. Основные типы кристаллических решеток металлов. Понятие о числе частиц на одну элементарную ячейку, координационном числе, плотности упаковки, коэффициенте компактности.
Кристаллическое строение металла
Кристаллическое строение характеризуется определенным закономерным расположением атомов в пространстве.
Кристаллы – элементарные частицы сближены до соприкосновения. Для упрощения реальную картину заменяют схемой, в которой точками обозначают места расположения центров тяжести элементарных частиц. Эти точки называют углами кристаллической решетки, а саму схему кристаллической решеткой. Наименьший объем металла, дающий представление об атомном строении всего объема называется элементарной ячейкой кристаллической решетки.
Если в элементарной ячейке провести три элементарных оси, то в общем случае расстояние между узлами кристаллической решетки в трех этих направлениях может быть разной. Эти расстояния обозначаются А, В, С и называются параметрами или периодами кристаллической решетки. Их величина о, 1-0,7Нм.
В реальных металлах, как правило, наблюдаются сложные решетки, в которых атомы располагаются не только в узлах, но и на гранях или в объеме элементарной ячейки.
1. Объемно-центрированная кубическая решетка (оцк)
Атомы располагаются в узлах и один атом в середине объема этой элементарной решетки (калий, натрий, молибден, вольфрам, альфа-железо, бето-титан)
2. Гране-центрированная кубическая решетка (гцк)
Атомы расположены в узлах и в середине каждой группы элементарной ячейки (золото, серебро, медь, никель, гамма-железо).
3. Гексоганальная плотно-упакованная решетка (гпу)
Атомы распологаются в узлах, в середине оснований и 3 атома в средней плоскости. (магний, цинк, альфа-титан).
О степени сложности кристаллической решетки судят по числу частиц приходящихся на одну элементарную ячейку.
В простой кристаллической решетке n=8·1/8=1
В ОЦК n=1+1=2
В ГЦК n=1+6·1/2=4
В ГПУ n=12·1/6+3+2·1/2=6
Если представить атомы в виде шаров или сфер то понятно, что в элементарной ячейке кроме атомов есть свободное пространство, которое образует пары.
Плотность кристаллической решетки характеризуется коэффициентом компактности, который определяется как отношение объема занятого атомами к общему объему элементарной ячейки.
V – объем элементарной ячейки
Анизотропия свойств кристаллов
Анизотропия свойств кристаллов – это зависимость свойств от направления, вызванная упорядоченным расположением атомов кристаллов. Свойства определяются взаимодействием атомов. Сила взаимодействия зависит от расстояния между атомами в разных направлениях кристаллов различны, то различны и свойства.
В.№2 Дефекты кристаллической решетки. Классификация. Понятие о точечных дефектах кристаллов (вакансии, дислоцированные атомы, примесные атомы), условия их образования и влияние на свойства кристаллов.
Дефекты кристаллического строения
Идеальный кристалл представляет собой трансляцию элементарной ячейки в трех направлениях. Для реальных кристаллов характерно наличие большого количества нарушений упорядоченного расположения атомов, которые называются дефектами кристаллического строения.
Различают дефекты трех типов.
1. Точечные дефекты – их размеры малы во всех трех измерениях.
К точечным дефектам относят:
Вакансии – это отсутствие атома в узле кристаллической решетки.
Дислацированный атом – это атом основного элемента расположенный между узлами кристаллической решетки.
Примесные атомы – это чужеродные атомы расположенные как в узлах так и в междоузле кристаллической решетки.
Точечные дефекты всегда присутствуют в металлах, при любой температуре выше абсолютного нуля.
Энергия образования вакансий значительно ниже энергии образования дислоцированного атома, поэтому основными дефектами атома металла являются вакансии.
Точечные дефекты приводят к локальным искажениям кристаллической решетки и следовательно влияют на свойства в частности повышают прочность и электросопротивление.
В№3. Дефекты кристаллической решетки. Классификация. Понятие о линейных дефектах кристаллов, условия их образования и влияние на свойства кристаллов. Экстраплоскость и линия дислокации.
Дефекты кристаллического строения
Идеальный кристалл представляет собой трансляцию элементарной ячейки в трех направлениях. Для реальных кристаллов характерно наличие большого количества нарушений упорядоченного расположения атомов, которые называются дефектами кристаллического строения.
Различают дефекты трех типов.