книги из ГПНТБ / Кочергин, С. М. Образование текстур при электрокристаллизации металлов учеб. пособие

ради при среднем перенапряжении изменяется от 10 до

О

103А. Расстояние между-ступенями зависит от перенапря­ жения. В случае серебра расстояние между ступенями в спирали увеличивается с увеличением перенапряжения.

ТИПЫ ТЕКСТУР

Сведения о текстуре металлов и зависимости свойств поликристаллических тел от кристаллографической ори­ ентации кристаллов имеются в монографиях, посвящен­ ных структуре металлов и металловедению.

В ряде книг описываются различные -специфические типы текстур. Так, иап-ример, много данных содержится в монографии «Исследование пьезоэлектрических тек­ стур», написанной академиком А. В. Шубниковым я его сотрудниками. В этой же книге изложены основы общей классификации текстур. Согласно А. В. Шубникову: «Под текстурой мы разумеем всякое однородное тело нерешетчатой -структуры, -состоящее из множества эле­ ментарных частиц любой физической природы, опреде­ ленным образом ( по законам симметрии) ориентирован­ ных в пространстве».

Широко распространены кристаллические текстуры, состоящие из -ориентированных игольчатых или пластин­ чатых кристаллов. Текстурой обладают волокнистые ма­ териалы. Текстура присуща веществам, состоящим из ориентированных по длине молекул -и направленных в одну сторону диполей. К текстурам можно отнести маг­ ниты, имеющие ориентированные спины электронов.

В данной главе приводятся лишь основные понятия и определения, связанные с металлами, образующими большой класс разнообразных текстур. Реальный металл

29

Му порядку трех измерений. Этот случай, вообще говоря, соответствует строению монокристалла».

В самой примитивной форме разница между тексту­ рированным и иетекстурированным металлом представ­ лена «а рис. 11. Однако на кубических кристаллах, все грани и все ребра которых одинаковы, пояснить разницу

а

l & )

Рис. И. Схематическое изображение строения тонкого «слоя металла:

а— неориентированное расположение кристаллитов; б — расположение кристаллитов при наличии текстуры

типов текстур трудно. Поэтому представим себе вещест­ во, состоящее из кристаллов, имеющих различные тре­ угольные грани (рис. 12), из которых одна грань черная,

представленной на рис. 12, а, а в случае квазимонокри­ сталла— схемой на рис. 12, д; промежуточные типы строения того же вещества — различные типы текстур —

беспорядочно, образуется текстура, называемая плоской, или неполной. Плоская, или неполная, текстура характе­ ризуется плоскостью текстуры. Подобная текстура схе­ матически изображена на рис. 12,6. На рис. 12, в схема­ тически изображена аксиальная текстура. Кристаллы

31

расположены таким образом, что определенные ребра кристаллов (ребра между черной и белой гранями) рас­ полагаются вертикально; в общем случае это направле­ ние может быть любым другим, в том числе и не лежа­

АА А А таковы, что большинство

12.Модель расположения крн- ребра кристаллов парал­

лельны), то такая тексту­ ра называется полной.

Схематически полная текстура представлена на рис. 12, г. Полная текстура включает в себя признаки и акси­ альной, и плоской текстур. Сочетание осп п плоскости текстур в полной текстуре более строго, чем в аксиаль­ ной, и характеризует одинаковое расположение кри­ сталлов в пространстве.

Пределом полной текстуры (совершенно одинаковая ориентация всех кристаллов) является квазимонокрнсталл. Его строение условно и упрощенно показано на рис. 12, д.

Текстуру можно представить на стереографической проекции — полюсной фигуре. Для этопо объект мыслен­ но окружают сферой и проводят нормали к граням кристаллов до пересечения со сферой. Полученные точ­ ки— полюса проецируют на плоскость так, как показа­ но на рис. 13. Если у кристаллов имеются три степени

32

свободы, то образец представляет собой поликристалл, в котором кристаллиты расположены хаотически и тексту­ ра отсутствует. Полюсная фигура такого образца будет представлять собой, очевидно, равномерно зачерненный круг.

При наличии у кристаллитов двух степеней свободы текстура будет неполной. Такого типа текстура встреча­ ется в спиралях ламп накаливания и в электролитичес­

перпендикулярна плос­ кости чертежа.

Четвертый случай имеет место, когда у кристаллов нет ни одной степени свободы. Такая текстура будет полной или ограниченной. Характерна она тем, что два

направления жестко закреплены в пространстве. Полу­ чается эта текстура при прокатке и рекристаллизации металлов. В этом случае образец по своим свойствам

сходен е монокристаллом п поэтому иногда называется квазимонокристаллом. Полюсная фигура полной тексту­ ры изображена на рис. 15.

Рассмотренные три типа текстур — плоская непол­ ная, аксиальная и полная — позволяют описать все тек-

Рнс. 17. Расположение основных кристаллографических плоско­ стей я кубической решетке

стуры металлов. Поэтому при исследовании структуры металлов используется только эта упрощенная класси­ фикация.

34

При решении задач, связанных с изучением кристал­ лографического строения вещества, принята особая сис­ тема обозначения граней кристалла, кристаллографичес­ ких осей и плоскостей пространственной решетки. Для этой цели общеприняты миллеровские индексы. Подроб­ но этот вопрос описан в специальных учебниках по кри­ сталле- и рентгенографии.

Здесь же напомним, что при установлении этих ин­ дексов исходят из величины отрезков, отсекаемых плос­ костью при пересечении с тремя осями координат кри­ сталла. Для удобства пользуются не величиной самих отрезков, а тремя целыми числами, являющимися вели­ чинами, обратными длинам отрезков. Индексы плоско­ сти обозначаются буквами h, k, I и заключаются в круг­ лые скобки (hkl). Для примера рассмотрим индицированне некоторых плоскостей в кубическом кристалле (рис. 16). Возьмем прань ADEF. Эта орань отсекает на оси абсцисс отрезок ОЛ = а = 1 , а на двух других осях — отрезки, равные бесконечности. Следовательно, грань куба будет иметь обозначение (100) или (001). Для плоскости АВС, называемой плоскостью октаэдра, от­ резки на осях равны: СЛ = 1, OB— 1 и ОС =1; поэтому плоскость определяется индексами (111). Плоскость BKDA называется плоскостью ромбического додекаэдра и имеет индексы (011). На рис. 17 показаны различные кристаллографические плоскости кубической решетки. При индицировании плоскостей гексагональной системы пользуются описанием плоскостей при помощи трех и четырех индексов (рис. 18). Для индицирования направ­ лений в кристаллической решетке через начало координат проводят соответствующую прямую: величины, обрат­ ные координатам ближайшего атома, выраженным в осе­ вых единицах, принимаются за индексы прямой [и, v, да] и заключаются в квадратные скобки. Для кристаллов ку­ бической симметрии индексы нормали к какой-либо кристаллографической плоскости совпадают с индексами этой плоскости. Индексы некоторых направлений в ре­ шетке кубического кристалла показаны на рис. 19.

Ось текстуры в электролитических осадках металлов большей частью совпадает с нормалью к плоскости осадка, поэтому у электроосажденных металлов куби­ ческой системы плоскости имеющие те же индексы, что и ось текстуры, располагаются параллельно плоскости осадка.

Например: а) вое кристаллиту кубической системы уложены так, что их плоскости (001) параллельны плос­ кости осадка—ось текстуры [001]; б) кристаллиты раз­ местились в плоскости так, что на поверхность выходит их октаэдрическая грань — ось текстуры [111]. Возмож­

(0001)

ны случаи, когда в электролитическом осадке часть кри­ сталлитов будет ориентирована по одной оси, а другая расположится в ином кристаллографическом 'направле­ нии. Тогда одновременно будут две осп текстуры. Напри­ мер: [001] и [111]; [001] и [011]; [011] и [111] и т. д.

Модели различных текстур представлены на рис. 20. Кристаллиты, возникающие в процессе электроосажде­ ния, располагаются так, что определенная кристаллогра­ фическая плоскость (/г/г/) у большинства из них оказы­ вается параллельной поверхности катода.

Для полной оценки характера текстуры недостаточно определить только ось текстуры. Очень важно установить ее совершенство. Под совершенством текстуры по­ нимают характер рассеивания в расположении кристал­ литов от основной оси текстуры. Чем больше процент одинаково ориентированных кристалликов, тем больше анизотропия свойств металла, тем больше совершенст­ во текстуры. Наиболее правильную оценку совершенст­ ва текстуры можно получить при рентгенографическом исследовании. Эта методика излагается ниже. Вывести анизотропию свойств поликристаллического металла

36

37

только на основании данных о монокристаллах не все­ гда представляется возможным. Причины отклонения в свойствах текстурированных поликристаллов по сравне­ нию с монокристаллами следует искать прежде всего в несовершенной или ограниченной ориентации зерен, во взаимодействии каждого кристаллита с соседними, во влиянии границ зерен, в искажении кристаллической ре­ шетки.

Необходимо всегда учитывать, что анизотропия свойств может быть вызвана не только ориентацией кри­ сталлитов по одной общей для всех зерен кристаллогра­ фической оси, но и наличием в металле вытянутых вклю­ чений, различных раковин, трещин, прожилок и зерен разного размера, вытянутой формы самих зерен и ря­ дом других причин.

Предпринятые попытки математически рассчитать свойства поликристаллических тел, исходя из предполо­ жения о возможности полного проявления в нем свойств единичного кристалла, достоверных результатов не да­ ли. Лишь в некоторых случаях, благодаря введению ряда допущений, не всегда соответствующих действи­ тельной картине, удавалось получить результаты, удов­ летворительно совпадающие с экспериментальными зна­ чениями. Поэтому до сих пор наиболее надежным путем определения анизотропных свойств поликристаллических металлов является путь экспериментального исследо­ вания.

Зависимость свойств веществ от их строения изучает­ ся с помощью различных видов структурного анализа: рентгеноструктурного, электронографического, иейтронографического.

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКСТУР

| ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ОСАДКОВ МЕТАЛЛОВ

Одним из лучших методов исследования текстур эле­ ктролитических осадков является рентгеноструктурный анализ.

На рис. 21 приведены для сравнения рентгенограммы меди — монокристалла, текстурированного поликристал- л'ического материала и нетекстурированного изотропного поликристалла. Имея в виду, что читатель знаком с ос­ новами кристаллографии и рентгеноструктурного ана­

38