Атомно-кристаллическая структура металлов. Типы кристаллических решёток.
Основным признаком кристаллических тел является их внутреннее строение.
Изучение внутреннего строения металлов и сплавов при помощи рентгеновского анализа позволило ученым сделать вывод, что причины изменения свойств металлов и сплавов заключаются в том, что мельчайшие частицы -атомы, из которых они состоят, в различных условиях приобретают иное взаимное расположение. Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих ядро отрицательно заряженных электронов.
Атом в целом электрически нейтрален, т. е. не обладает электрическим зарядом. Электроны движутся вокруг ядра с огромной скоростью. Атом бывает в таких состояниях, когда он приобретает или теряет электроны. Тогда он становится электрически заряженным -превращается в ион.
При избытке электронов ион является отрицательно заряженным, а при недостатке электронов -положительно заряженным,
Металлы состоят из положительно заряженных ионов и свободных, т. е. оторвавшихся от ядер, электронов, которые переходят от одних ионов к другим и вращаются вокруг ядра то одного иона, то другого. То или иное расположение атомов, из которых состоят металлы, называется их внутренним строением или структурой.
Отличительной особенностью кристаллических тел является то, что составляющие их атомы расположены в строго определенном порядке и образуют так называемую пространственную кристаллическую решетку.
Тела, в которых атомы расположены хаотически, т. е. в беспорядке, называются аморфными. К ним относятся: клей, пластмассы, стекло и др. От расположения атомов в кристаллической решетке зависят свойства металла.
Кристаллические решетки в металлах могут быть разных типов.
Типы кристаллических решеток:
а - объемноцентрированный куб - атомы (ионы) металла расположены в вершинах куба, а один атом (ион) - в центре его, б - гранецентрированный куб - атомы (ионы) металла расположены в вершинах куба и в центре каждой из его граней, в - гексагональная решетка - 12 атомов расположены в вершинах шестигранной призмы, 2 -в центре оснований и 3 -в среднем сечении
Каждому из металлов свойственно то или другое кристаллическое строение. Например, железо в холодном состоянии состоит из ячеек 1-го типа, медь -из ячеек 2-го типа, цинк - из ячеек 3-го типа и т. п.
Дефекты кристаллической решетки металлов.
К точечными дефектам относятся дефекты связанные с единичными атомами. Выделяют: вакансии, атомы замещения и атомы внедрения. Объяснить, что значит каждый из этих видов проще с помощью схемы изображенной на рисунке.
Т
очечные
дефекты. а) идеальная решетка, б) вакансия,
в) атом замещение, г) атом внедрения.
На рисунке под буквой «а» изображена структура идеального кристалла. На рисунке «б» можете видеть отсутствие атома в одном из узлов, в связи с чем наблюдаются изменение положений ближайших атомов, такой вид дефекта называет вакансия. На рисунке «в» в узле атом одного элемента замещен атомом другого, такой вид деформации называется атомами замещения. И на последнем рисунке изображенатом внедрения, который устанавливается между узлами и тем самым создает сдвиг соседних атомов.
Линейные дефекты по-другому называют одномерными. К линейным относятся дефекты длинны которых в одном из направлений значительно больше чем период решетки, а по остальным направлениям величина дефекта соизмерима с периодом. В случае кубической решетки период равняется расстоянию между соседними атомами. Примером линейного дефекта является дислокация.
Р
ис.
Линейный дефект – дислокация. а) идеальный
кристалл, б) дислокация
Дислокация это дефект который образовывается из-за отсутствующей полуплоскости. На рисунке изображено плоское представление дислокация, чтобы понять почему этот дефект называется линейным мысленно продолжите этот рисунок за экран. В месте где обрывается одна из полуплоскостей образуется «туннель» это и есть дислокация.
Двухмерные дефекты
По аналогии с линейными дефектами двумерными называют дефекты у который в двух измерениях величина дефекта много больше чем период решетки а в одном направлении сравнимо с ним. К дефектам этого типа можно отнести зоны двойникования, границы зерен и другие.
Объемные дефекты
Объемные или трехмерные дефекты это дефекты, которые имеют величину гораздо больше периода решетки во всех направлениях. К этому типу можно отнести любые модификации трех предыдущих которые находятся близ друг друга тем самым образовывая один большой дефект.