4. Кристаллическое строение металлов. Типы кристаллических решеток.

Все металлы и их сплавы – тела кристаллические и, в отличие от аморфных тел с хаотичным расположением атомов, в металлах они расположены закономерно.

Металлы, полученные обычным способом, поликристалличны и состоят из большого числа мелких (10^-1 ÷ 10^-5 см) различно ориентированных по отношению другш к другу кристаллов, имеющих неправильную форму (вследствие условий кристаллизации) и называемых кристаллитами или зернами.

Гипотеза о закономерности расположения частиц в кристаллах была выдвинута в 1860 году Е. С. Федоровым и доказана в 1912 году м. Лауэ с помощью рентгеноструктурного анализа.

Косвенным доказательством кристалличности строения металлов может служить термический анализ. Если t_затв=f(τ) и для чистых металлов строго постоянна, то график охлаждения вещества будет иметь следующий вид:

Т.е. закономерности неодинаковы для кристаллических и аморфных веществ.

Переход кристаллического вещества из жидкого состояния в твердое происходит при температуре кристаллизации (Ткр.). Процесс перехода протекает в определенный промежуток времени и сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации. Поэтому, несмотря на охлаждение металлов, температура в течение данного времени остается неизменной (горизонтальный участок). Скрытая теплота затвердевания компенсирует потерю тепла в пространстве.

Затвердевание аморфного вещества происходит постепенно без резко выраженной границы между жидким и твердым состоянием.

Структура (строение) аморфного вещества характеризуется беспорядочной пространственной сеткой, в узлах которой расположены ионы, атомы или гр. атомов.

Для описания кристаллической структуры веществ пользуются понятием кристаллической решетки.

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

Для металлов характерны сравнительно простые типы кристаллических решеток с высокой плотностью упаковки атомов. Расположение атомов в кристалле удобно изображить в виде так называемых элементарных кристаллических ячеек. Это наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме.

Различают:

1. Простая кубическая (на долю одной элементарной ячейки – 1 атом)

2. Объемноцентрированная (ОЦК) кубическая.

Кубическую решетку определяет длина ребра куба [а] = ангстрем, А

А^о=10^-10м=10^-8см α-Fe, W, V, Mo

3. Гранецентрированная (ГЦК)

α-Fe, Al, Cu

4.Гексагональная плотноупакованная (ГПУ)

Размеры характеризуются const значением c/d=1,633. При иных соотношениех c/d получается неплотноупакованная решетка. Mg, Zn, Re, Os.

Геометрию и плотность упаковки элементарных частиц в кристалле отражают такие понятия, как координационое число (КЧ) и коэффициент компактности (КК). Координационное число определяет число ближайших равноудаленных элементарных частиц.

Коэффициент компактности определяет отношение объема всех элементарных частиц, приходящихся на одну элементарную ячейку, ко всему объему элементарной ячейки.

Показатели	Тип решетки
	Кубич.	ОЦК	ГЦК	ГПУ
К.Ч.	6	8	12	12
К.К.	0,52	0,68	0,74	0,74