§ 6. Атомно-кристаллическое строение металлов.

Типы кристаллических решёток.

Под атомно-кристаллической структуройпонимают взаимное расположение атомов, существующее в кристалле. Кристалл состоит из атомов(ионов), расположенных в определённом порядке, который периодически повторяется в трёх измерениях.

Для описания атомно-кристаллической структуры пользуются понятием пространственной или кристаллической решётки.

Кристаллическая решёткапредставляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой располагаются атомы(ионы), образующие металл.

Наибольший объём кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всём объёме, наз. элементарной кристаллической ячейкой.

Кристаллические решётки металлов могут быть разных типов.

Кристаллические решётки, в которых на долю одной элементарной ячейки приходится один атом, наз.простыми.Решётки, в которых на долю одной элементарной ячейки приходится несколько атомов, наз.сложными.

Металлы образуют следующие сложные решётки:

• кубическую объёмно-центрированную (ОЦК)

• кубическую гранецентрированную (ГЦК)

• гексагональную плотноупакованную (ГПУ).

В кубической объёмно-центрированной решётке атомы расположены в узлах ячейки и один атом в центре куба.

Эту решётку имеют следующие металлы:

K, Na, Li, W, V, Fe_α, Cr, Ba, и др.

В кубической гранецентрированной решётке атомы расположены в узлах решётки и в центре каждой грани.

Эту решётку имеют следующие металлы:

Ca,Pb,Ni,Ag,Au,Fe_γ,Cu,Co_α, и др.

В гексагональной решётке атомы расположены в узлах , центре шестигранных оснований призмы и три атома в средней части призмы.

Эту решётку имеют следующие металлы:

Mg, Ti, Cd, Zn, Co_β, Be, Ca_α, и др.

Размерыкристаллической решётки характеризуются величинамипериодов, под которыми понимают расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку.

Периодили параметр решётки измеряется в ангстремах (1А⁰=10^-8см) и находится в пределах от 1 до 7 А⁰.

Параметры кубических решёток характеризуются длиной ребра куба и обозначаются буквой а.

Для характеристики гексагональной решётки принимают два параметра – сторону шестигранника а и высоту призмы с.

Плотность кристаллической решётки , т. е. объём, занятый атомами, характеризуется координационным числом,под которым понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома.

В ОЦКот данного атома в центре куба на равном расстоянии находится 8 атомов. Координационное число К8, коэффициент заполнения ячейки, определяемый как отношение объёма, занятого атомами, к объёму ячейки составляет 68%.

В ГЦКот атома в центре грани на равном расстоянии находится 12 атомов – К12 (4 в узлах и 8 в центре граней двух решёток).

В ГПУтакже 12 от центрального в основании (по 3 в центре и 6 в основании ячеек) К12.

ГЦК и ГПУ – (с/а=1,633) – решётки наиболее компактные, в них коэффициент заполнения объёма атомами равен 74%.

В каждой решётке можно определить количество атомов, приходящихся на каждую элементарную ячейку:

ОЦК– 2 атома (один в центре куба, в узлах решётки каждый атом приходится на 8 ячеек, поэтому на каждую ячейку приходится 1/88+1=1+1=2).

ГЦК– 4 атома(1/88=1+3 атома в центре граней, т. к. каждая грань принадлежит двум ячейкам).

ГПУ– 6 атомов( 3 в центре + 1/612 в узлах + 1/22 в центре оснований = 6).