1.2 Кристаллическое строение металлов

В металлах и их сплавах в твердом состоянии элементарные частицы – ато-мы – характеризуются закономерным упорядо­ченным размещением. Благодаря такому размещению атомы, находящиеся на различных направлениях, можно как бы сое­динить прямыми линиями. Совокупность таких пересекающихся ли-ний представляет собой своеобразную пространственную решетку, которая при многократном повторении в простран­стве воспроизводит объемную или пространственную кристаллическую решетку.

Кристаллические решетки разных металлов отличаются по форме и раз-мерам элементарных ячеек. Различают простые пространственные решетки, в которых атомы размещаются только в узлах решетки (в вершинах основной элементарной ячейки), и сложные пространственные решетки, у которых внутри основных элементарных ячеек также размещены атомы. Для описания строения пространственной решетки обычно вы­бирают систему координат, в которой осями служат три прямые, проведенные из одной точки, например, узла решетки. Эти прямые совпадают с прямыми, соединяющими атомы.

Самой простой решеткой является кубическая (рисунок 6, а). Элемен-тар­ную ячейку простой кубической решетки представляет куб, в вершинах ко-торого размещены восемь атомов.

Металлам присущи более сложные типы кубических реше­ток – объемно-центрированная (ОЦК), гранецентрированная (ГЦК) кубические решетки и гек-сагональная плотноупакованная (ГПУ) (рисунок 6, б, в, г).

а б в г

а – кубическая; б – объемноцентрированная; в – гранецентрированная; г – гексогональная плотноупакованная

Рисунок 6 – Типы элементарных решеток

Основу ОЦК составляет кубическая решетка, в которой атомы нахо-дятся не только в вершинах куба, но и в его центре, на пересечении его диа-гоналей.

В ГЦК ячейкой служит куб с атомами, расположенными не только в вер-шинах куба, но и в центре граней.

В ГПУ ячейка состоит из параллельных центрированных гексагональных оснований.

Показанный на рисунке 6 характер расположения атомов яв­ляется услов-ным, так как в действительности ионы располо­жены плотнее, непосред-ственно соприкасаясь друг с другом. Такие решетки и соответствующие им ячейки называются плотноупакованными. Расстояние между ближайшими ато-мами в ячейке называется параметром кристаллической решетки.

Параметры кристаллической решетки имеют величины порядка атомных размеров и измеряются в ангстре­мах (1А = 10^-8 см). В металлах параметры изменяются в пределах 2 – 7 А.

Вышеизложенные рассуждения характерны лишь для моно­кристалла. Мо-нокристалл – это отдельный кристалл с непре­рывной кристаллической ре-шеткой. Реальные металлы состоят из множества кристаллов, форма, размеры и направление кристаллических осей которых зависят от условий кристал­лизации и последующей их обработки. Такое строение назы­вается поликрис-таллическим. Взаимное расположение атомов, расстояние между ними, плот-ность их расположения, крис­таллические направления и плоскости определя-ют механичес­кие и физические свойства кристаллов. Эти свойства вдоль раз-личных кристаллографических направлений и в различных кристаллографи-ческих плоскостях зависят от числа находя­щихся в них атомов и не явля-ются одинаковыми. Такое явление называется анизотропией свойств. Сле-дует иметь в виду, анизотропия проявляется только в пределах одного моно-кристалла или зерна-кристаллита. В поликристалличес­ких телах, какими яв-ляются реальные металлы, состоящие из огромного количества произвольно ориентированных друг от­носительно друга зерен, она не наблюдается. Это объясня­ется тем, что в поликристаллических телах недостаток какого-либо свойства по одному из направлений в одних зер­нах компенсируется из-бытком данного свойства по этому же направлению в других зернах. Поэтому реальные металлы яв­ляются изотропными телами, т.е. телами с одинако-выми свойствами по различным направлениям.