2015-05-26
1542
Вещество в твердом состоянии может иметь аморфное или кристаллическое строение. В аморфном веществе, например, стекле, структурные составляющие (атомы, молекулы, ионы) расположены беспорядочно, а в кристаллическом – по геометрически правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга.
Общим свойством металлов и сплавов является их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллическойрешетки - воображаемой пространственной сетки с атомами в узлах. Наименьшая геометрически правильная часть объёма кристаллической решетки называется элементарной ячейкой. Трансляция (параллельное перемещение) элементарной ячейки в пространстве полностью воспроизводит структуру кристалла. Длина ребра элементарной ячейки, т.е.расстояние между центрами двух соседних частиц, называется периодом решетки измеряется в нм (10-9 м).
Кристаллические решётки, в которых атомы расположены только в узлах, называются простыми. В сложных кристаллических решётках с плотной упаковкой атомы находятся не только в вершинах, но и внутри ячеек или на гранях.
|
|
|
Кристаллы характеризуются координационным числом (К) и базисом решётки (n). Координационное число показывает, сколько ближайших равноудалённых соседних атомов окружает каждый атом в кристалле и характеризует плотность упаковки атомов в кристалле. Чем больше К, тем выше плотность упаковки. Базис решётки означает число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку.
Для большинства металлов характерны 3 типа кристаллических решёток:
а). Объёмно-центрированная кубическая (ОЦК)
К = 8. Такую решётку имеют щелочные металлы и многие
тугоплавкие Cr, W, V, Mo, Nb и др.
n = 1/8 x 8 + 1 = 2
 | |
б). Гранецентрированная кубическая (ГЦК).
К = 12. Такую решётку имеют Ag, Au, Pt, Cu, Ni, Al, Pb и др.
n = 1/8х8 + 1/2х6 = 4
| |||||||
 | | ||||||
| |||||||
в). Гексагональная плотноупакованная (ГПУ).
К = 12. Такую решётку имеют Be, Mg, Cd и др.
|
n = 1/6x12 + 1/2x2 + 3 = 6
Существуют другие виды кристаллических решёток:
а). Простая кубическая
a = b = c, α = β = γ = 90o
c
b
a
б).Тетрагональная
a = b ≠ c, α = β = γ = 90o
c
b
a
в) Ромбоэдрическая
a = b = c, α = β = γ ≠ 90o
с
а b
Из-за неодинаковой плотности атомов в различных направлениях, в кристаллах наблюдаются разные свойства. Различие свойств в кристаллах в зависимости от направления испытания называется анизотропией.
Разница в физико-химических и механических свойствах кристаллов в разных направлениях может быть весьма существенной. При измерении в двух взаимно перпендикулярных направлениях кристалла цинка значения температурного коэффициента линейного расширения различаются в 3-4 раза, а прочность кристалла железа – более чем в 2 раза.
|
|
|
Аморфные же тела все изотропны, т.е. имеют одинаковые физико-механические свойства по всем направлениям.
Анизотропия свойств (прочности, тепло- и электропроводимости, коэффициента линейного термического расширения и др.) характерна для монокристаллов. Применяющиеся металлические материалы являются, преимущественно, телами поликристаллическими, состоящими из большого числа случайно ориентированных по отношению друг к другу в пространстве кристалликов. Поэтому при испытании таких тел анизотропия не обнаруживается – свойства во всех направлениях усредняются, и поликристалл становится как бы изотропным. Это явление называют квазиизотропией.
