«Кристаллическое строение металлов»

Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение.

В аморфных веществах (янтаре, смолах, битумах, кварцевом стекле) атомы расположены беспорядочно, при нагревании аморф­ные вещества размягчаются и переходят в жидкое состояние.

Большинство минералов, все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. Эти вещества при нагреве остаются в твердом состоянии и переходят в жидкое при определенной тем­пературе.

Рисунок 1 Атомно – кристаллическое строение металлов

Располагаясь в строгом геометрическом порядке, атомы в плоскости образуют атомную сетку (рис.1,а), а в пространстве – атомно-кристаллическую решетку (рис.1,б).

Кристаллические решетки состоят из огромного количества ячеек. Типы кристаллических решеток у различных металлов различные. Наиболее часто встречаются: кубическая объемно-центрированная (рис. 1, в), кубическая гранецентрированная (рис. 1, г) и гексагональная плотноупакованная (рис.1, д). На рисунке 1,в приведена ячейка и часть кубической объемно - центрированной пространственной решетки, ограниченная восемью сопредельными элементарными ячейками; узлы, располо­женные по вершинам и в центре каждой ячейки, отмечены кружками.

Элементарная ячейка кубической гранецентрированной решетки (рис.1, г) ограничивается 14 атомами: восемь из них расположены ни вершинам куба, шесть — по его граням.

На рисунке 1, д приведена схема элементарной ячейки гексагональной решетки. Она ограничена 17 атомами, из которых 12 расположены по вершинам шестигранной призмы, два атома — в центре основа­ний и три — внутри призмы.

«Дефекты кристаллических решеток»

Реально структура кристаллов отличается от приведенных иде­альных схем, в них имеются дефекты.

Рисунок 2 Дефекты кристаллических решеток

Точечными, дефектами являются пустые узлы, или вакансии (рис. 2,а) и межузельные атомы (рис. 2,б); число этих дефектов возрастает с повышением температуры. Важнейшими линейными (одномерными) дефектами являются дислокации, представляющие как бы сдвиг части кристаллической решетки (см. линию ММ на рис. 2,в). Поверхностные (двухмерные) дефекты определяются наличием субзерен или блоков 1, 2 внутри кристалла (рис. 2,г), а также различной ориентацией кристаллических реше­ток зерен 3, 4 (рис. 2, д). По границам зерен решетка одного кри­сталла переходит в решетку другого, здесь нарушена симметрия рас­положения атомов. Дефекты кристаллов оказывают существенное влияние на механические, физические, химические и технологические свойства металлов.

Металлы являются анизотропными, так как в отдельно взятом кристалле свойства различны в разных направлениях. Следствием анизотропности кристаллов является спайность, ко­торая выявляется при разрушении кристаллов. В изломах, проходящих через кристалл, имеются правильные микроплоскости, что указывает на смещение частей зерен под влиянием внешних сил пра­вильными рядами и в определенном направлении, а не беспорядочно, как это имеет место у аморфных веществ. Эти микроплоскости назы­ваются плоскостями спайности; по плоскостям спайности силы связи между слоями слабее, чем по другим плоскостям кристалла.

Аморфные тела изотропны, т. е. все их свойства одинаковы во всех направлениях; излом аморфного тела всегда имеет неправиль­ную, искривленную, так называемую раковистую форму.

Металлы, затвердевшие в обычных условиях, состоят из множе­ства кристаллов, кристаллическая решетка которых по-разному ориентирована, поэтому свойства литого металла приблизительно одинаковы по всем направлениям; это называют квазиизотропностью.

Аллотропия металлов (или полиморфизм)— свойство перестраивать решетку при определенных температурах в процессе нагрева и охлаждения — присуща многим металлам (железу, марганцу, никелю, олову, титану, ванадию и др.).

Компонентом называют химически индивидуальное вещество, т. е. компонентами являются химические элементы и химические соединения.

Системой называют совокупность веществ в твердом, жидком и газообразном состояниях. Системы бывают простые и сложные. Простая система состоит из одного компонента. Сложная система включает несколько компонентов и представляет все возможные количественные сочетания их при различных температурах.

Фазой называют однородную часть системы, отделенную от других составляющих (фаз) поверхностью раздела. В жидком состоянии однородная система содержит одну фазу; при затвердевании всегда имеются две фазы: жидкая и твердая. После затвердевания образуется или одна фаза (химический элемент, химическое соединение, твердый раствор) или сплав, содержащий сочетание фаз.