Строение металлов. Применение поликристаллических, монокристаллических и аморфных материалов в промышленности

По своему внутреннему строению в твердом виде металлические изделия подразделяются на монокристаллические, поликристаллические и аморфные.

Подавляющее большинство металлов и сплавов, применяемых в промышленности, имеют поликристаллическое строение, т. е. они состоят из громадного числа зерен – кристаллитов – мелких (10^–4…1 мм) кристаллов неправильной формы, разориентированных друг относительно друга (рис. 16), внутри которых наблюдается более или менее упорядоченная структура, характеризующаяся дальним порядком в расположении атомов и анизотропией свойств. Однако из-за хаотического расположения отдельных кристаллитов в объеме изделия кристаллографическая анизотропия в поликристаллических материалах не проявляется**.

Рис. 16. Схема ориентации кристаллических

решеток зерен в поликристаллическом теле

В середине ХХ века освоено широкомасштабное производство монокристаллических деталей, состоящих из одного кристалла, с ярко выраженной анизотропией свойств. Сначала так получали рубиновые, германиевые и кремневые заготовки, используемые в лазерной и полупроводниковой технике, а потом научились выращивать монокристаллические турбинные лопатки и др. ответственные детали, обладающие бóльшим сроком службы, чем поликристаллические.

Аморфное [19] состояние – твердое состояние вещества при котором существует только ближний порядок в расположении атомов, характерный для жидкостей. Аморфное состояние характеризуется изотропией свойств и отсутствием точки плавления – при повышении температуры аморфные вещества размягчаются и переходят в жидкое состояние постепенно. К аморфным материалам относятся неорганическое стекло и большинство высокомолекулярных соединений, в том числе, канифоль, янтарь, воск, битум и т. п.

Во второй половине ХХ в., путем сверхбыстрого охлаждения расплавов, началось производство металлических аморфных сплавов – металлических стекол (метглассов), имеющих сложный состав, например, Fe ₈₀ B ₂₀, Fe ₈₀ P ₁₃ B ₇, Co ₃₄ Cr ₂₈ Mo ₂₀ C ₁₈. Аморфные сплавы обладают уникальными механическими (σ_в до 4100 МПа), физическими и химическими свойствами, в том числе, магнитными и коррозионными. Эти сплавы применяются в электротехнике и радиоэлектронике, а также для изготовления коррозиестойких, высокопрочных композиционных материалов; однако, все они боятся чрезмерного нагрева, приводящего к кристаллизации и утрате специфических свойств.