Типы кристаллических решеток

Материаловедение и технология конструкционных материалов

Атомно-кристаллическое строение металлов

Наука, изучающая связь между составом, строением и свойствами материалов, а также методы обработки металлических и неметаллических материалов, называется материаловедением.

Строение чистых металлов.

Металлы – простые вещества, обладающие высокими электро- и теплопроводностью, ковкостью, металлическим блеском.

Учение о свойствах и структуре металлов и их сплавов составляет основу металловедения – науки о металлах.

Под структурой понимается порядок расположения атомов в металле, а также их группировка в более крупные образования – зерна или кристаллиты.

Любой металл можно представить в виде большого количества атомов, в которых положительно заряженные ионы окружены коллективизированными электронами.

Электроны легко перемещаются с орбиты одного атома на орбиту другого и своей подвижностью напоминают перемещение частиц в газах, из-за чего получим название электронного газа. Этой подвижностью и объясняется высокая электро- и теплопроводность и другие металлические свойства.

Характеристика аморфных и кристаллических тел

В зависимости от скорости охлаждения твердые тела делятся на аморфные и кристаллические.

В аморфных телах атомы располагаются в определенной последовательности, не образуя кристаллов.

При этом свойства у них во всех направлениях одинаковы. О таких телах говорят, что они изотропны.

Их получают при скоростях охлаждения металлов 10⁶ – 10⁷ ˚С/сек в виде тонких лент и мелких частиц. Они обладают высокой твердостью, хорошей коррозионной стойкостью и другими полезными свойствами.

При нагревании аморфное тело может перейти в кристаллическое. В кристаллических телах атомы имеют определенное геометрическое расположение. По разным направлениям свойства их различны. Эта особенность кристаллов, т. е. зависимость свойств от направления называется анизотропией, а тела анизотропными.

Анизотропию можно устранить, если кристаллам с помощью соответствующей обработки придать единую ориентацию.

Единая ориентация кристаллов называется текстурой, а металл, в котором создана текстура, называется текстурированным.

Типы кристаллических решеток

Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла во всем объеме, называется элементарной кристаллической ячейкой.

Кристаллические решетки разных металлов различают по форме и размерам кристаллических ячеек.

Простейшим типом кристаллической ячейки является кубическая решетка.

В такой простой решетке содержится всего 8 атомов, которые расположены в узлах куба.

ПК

Объемно-центрированная кубическая решетка

8 атомов в вершинах куба и один атом в центре куба

Cr, W, Mb, Va

Гранецентрированная кубическая решетка

8 атомов в вершинах куба и 6 в центре каждой грани

Ag, Au, Pb, Pt, Ca

Гексогональная плотноупакованная

6-ти гранная призма, содержащая 17 атомов, которые расположены в вершинах этой призмы в центре оснований и 3 атома в средней плоскости призмы. Такую решетку имеют Mg, Zn, Re, Be, Hf

Тетрогональная решетка

Sn

Размеры кристаллической ячейки характеризуются расстоянием между центрами соседних атомов, расположенных в вершинах ячейки, и называются параметрами или периодом постоянной кристаллической решетки.

Все кубические решетки характеризуются длиной ребра куба и обозначается а.

ГПУ и Т решетки характеризуются 2-мя параметрами: постоянной многоугольника и высотой призмы С или отношением а к с.

Параметр решетки находится от 2 до 6 А (амстрем) 10^{-8 см}

Является важной характеристикой, так как его изменение приводит к существенному изменению свойств материала.