1. Элементарная ячейка

Элементарные ячейки представляют собой геометрические фигуры, содержащие изображение атомов, перемещением которых можно воспроизвести кристаллическую решетку всего кристалла в целом. При этом атомы в узлах элементарной ячейки, часто представляют в виде точек различного диаметра, тогда как в действительности они имеют определенный атомный радиус, вследствие которого могут быть представлены в виде соприкасающихся шаров.

Элементарную ячейку одного и того же кристалла можно выбрать различными способами. В частности все пространство кристалла можно заполнить ячейками с минимальным объемом. Такие ячейки называются примитивными элементарными ячейками.

В физическом металловедении при рассмотрении структуры металлов обычно используют понятие условной элементарной ячейки, которая имеет размер больше чем примитивная ячейка, но в тоже время нагляднее отражает симметрию кристаллической решетки.

Всегда можно выбрать такую примитивную ячейку, которая обладала бы полной симметрией относительно кристаллической решетки. Наиболее известным примером такого выбора является ячейка Вигнера-Зейтца.

Для построения ячейки Вигнера-Зейтца с центром в некоторой исходной точке нужно провести прямые, соединяющие эту точку со всеми другими точками решетки, после чего построить плоскости, перпендикулярные к этим прямым и делящие их пополам, и выбрать наименьший многогранник, ограниченный построенными плоскостями и содержащий исходную точку. Полученная таким образом ячейка Вигнера-Зейтца для объемно-центрированной кубической решетки имеет вид усеченного октаэдра.

2. Основные типы кристаллических решеток

Для металлов наиболее распространенными являются три основных типа кристаллической решетки: объемно-центрированная кубическая (ОЦК), гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГПУ).

В ГЦК решетке атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Эту упаковку имеют следующие металлы: Cu, Al, Ni, g-Fe и другие.

В ОЦК решетке атомы расположены в вершинах куба, а один атом - в центре его объема. Эта решетка характерна для Mo, W, Ta, Nb, V, a-Fe и других металлов.

В ГПУ решетке атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома - в средней плоскости призмы. Эту решетку имеют Mg, a-Ti, Zn, Cd и другие металлы.

Расстояние а между атомами по ребру элементарной ячейки называется параметром или постоянной решетки.

Важной характеристикой является координационное число, которое представляет собой число атомов находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.

В кубической объемно-центрированной решетке на равном и ближайшем расстоянии от центрального атома находится 8 атомов, расположенных в вершинах куба. То есть, координационное число для этой решетки равно 8. Для гранецентрированной кубической и гексагональной плотноупакованной решеток координационное число составляет величину равную 12.

В кристаллической решетке атомы имеют различную плотность упаковки в разных направлениях, вследствие которого появляется зависимость свойств кристалла от направления. Такое явление, когда свойства вещества зависят от направления, называется анизотропией.