Основные признаки металлического состояния. Нормальные и переходные металлы.
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определ¨нным набором свойств:
«металлический блеск» (хорошая отражат. способность);
пластичность;
высокая теплопроводность;
высокая электропроводность.
Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объ¨му металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.
Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.
Основные типы кристаллических решеток металлов. Плотность упаковки, координационные число, число узлов на элементарную ячейку.
В зависимости от расположения атомов в ячейке различают простые, кубические, объемно-центрированные кубические, гранецентрированные кубические, гексагональные решетки.
1
.Простая
решетка
представляется
в виде куба, в узлах которой располагаются
атомы. Простейшая решетка опис. одним
параметром, это ребро куба а.
2
.Объемно-центрированная
кубическая решетка (ОЦК)
представляет собой также куб, внутри
которого дополнительно расположен еще
один атом. Параметры решетки длина ребра
куба а.
3
.Гранецентрированная
кубическая решетка (ГЦК)
представляет собой куб, В центре каждой
грани которого расположены допол. по
одному атому.
4.Гексагональная плотно упакованная решетка. В отличие от кубической хар. двумя параметрами а и с.
В случае, если отношение с/а=1,666, то решетка считается плотноупакованной, а иначе – неплотно упакованной.
Примеры: ОЦК – вольфрам, молибден, железо Fe; ГЦК – алюминий, медь, никель, железо Fe; ГПУ – бериллий. Некоторые металлы индий, имеют тетрагональную решетку.
П
лотность
упаковки
атомов в кристаллической решетке –
объем, занятый атомами, которые условно
рассматриваются как жесткие шары. Ее
определяют как отношение объема, занятого
атомами к объему ячейки (для ОЦК– 0,68,
для ГЦК – 0,74)
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.
Координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.
Различие понятий: кристаллическая решетка и кристаллическая структура. Кристаллографические индексы узлов, направлений, плоскостей.
Кристаллическая структура – конкретное расположение матер. частиц (атомов, ионов) в пространстве.
Кристаллическая решетка – условно точечное построение, с помощью которого мы описываем кристаллическую структуру.
Кристаллическая решетка бесконечна по строению, а кристаллическая структура конечна.
П
од
кристаллограф. плоскостями
понимается 3 целых взаимно простых числа
обратно пропорц. числу осевых единиц,
отсекаемых данной плоскостью по
коорд.осям x,y,z.
ABCD (100), AFKB (001), BKLD (010)
Под индексами кристаллографических плоскостей и направлений было вызвано потребностью объяснить зависимость свойств металлов от направлений кристаллографических плоскостей. Иными словами, дать объяснение с точки зрения техники понятие влияния анизотропии.
По различным направлениям в кристалле располагаются различные количества атомов: физические, химические, механические при прочих равных условиях и определяются числом атомов, расположенным в данном направлении; чем больше количество атомов расположено в данном направлении, тем выше уровень свойств.
Неодинаковость свойств по различным направлениям в кристалле и называется анизотропией. Кристалл анизотропен.