Металлическая связь

Металл представляет собой совокупность закономерно расположенных в кристалле положительно заряженных ионов, окруженных отрицательно заряженными частицами-электронами, слабо связанными с ядром. Эти коллективизированные (общие) электроны непрерывно перемещаются внутри металла, при этом образуя «электронный газ». Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы, компенсируя силу отталкивания. Такая связь называется металлической связью.

Хотя в узлах кристаллической решетки располагаются ионы, между которыми движутся электроны, но обычно говорят не ионы, а атомы.

Анизотропия

Вследствие того, что расстояние между атомами в кристаллической решетке в разных направлениях различно, многие свойства (химические, физические, механические и др.) кристалла зависят от направления.

П одобная неодинаковость свойств монокристалла в различных кристаллографических направлениях называется анизотропией.

Технические металлы являются поликристаллами и состоят из большого количества анизотропных кристаллов. Произвольность ориентировки каждого кристалла приводит к тому, что свойства поликристалла во всех направлениях более или менее одинаковы.

Поэтому поликристаллическое тело можно считать изотропным.

1.1.3 Реальное строение кристаллов и дефекты кристаллических решеток металлов

Встречающиеся в природе кристаллы, а так же зерна в поликристаллах никогда не обладают строгой периодичностью в расположении атомов. В строении любого реального кристалла всегда имеются несовершенства (дефекты). Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на: точечные, линейные и поверхностные.

1. Точечные дефекты - малы во всех трех измерениях, а размеры их не превышают нескольких атомных радиусов.

К ним относятся:

а) Вакансии - это узлы решетки, в которых атомы отсутствуют.

б) Межузельные атомы- атомы, находящиеся вне узлов кристаллической решетки.

Если атом из своего узла выходит на поверхность кристалла, то образующийся дефект называется дефектом Шоттки.

При переходе атома из равновесного положения (из узла) в междоузлие, возникает пара вакансия - межузельный атом - дефект Френкеля.

в) Примесные атомы замещения - это дефект, при котором примесные атомы могут замещать атомы основного металла в узлах решетки.

г) Примесные атомы внедрения – это дефект, при котором примесные атомы внедряются в наиболее свободные места основного металла (поры, междоузлия).

2. Линейные дефекты - малы в двух измерениях и имеют большую протяженность в третьем измерении.

К ним относятся дислокации – линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное расположение атомных плоскостей. Различают два вида дислокаций: краевые и винтовые.

а) Краевая дислокация - искажение кристаллической решетки, вызванное наличием лишней атомной плоскости. Краевая дислокация - граница неполной атомной плоскости (экстраплоскости). Край эк страплоскости образует линейный дефект решетки, который называется краевой дислокацией. Она может простираться на тысячи параметров кристаллической решетки.

б) Винтовая дислокация - сдвиг одной части кристалла относительно другой по винтовой линии.

Дислокации образуются в процессе кристаллизации, при термической обработке, при химико-термической обработке, при пластической деформации.

Для дислокации характерна большая подвижность, это связано с тем, что кристаллическая решетка в зоне нахождения дислокации упруго искажена и перемещенные атомы стремятся вернуться в равновесное положение.

3. Поверхностные дефекты представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами (кристаллами) или их блоками (субзернами).

На границе раздела кристаллов атомы располагаются менее правильно чем всего объеме. Кроме того на границе раздела кристаллов скапливаются дислокации, вакансии, а так же собираются примесные атомы. Поверхностные дефекты – это скопление всех видов дефектов на краях кристаллов.