Вопрос 3 Свойства кристаллов.

Симметрия кристаллов– это когда кристалл может быть совмещён с самим собой путём поворотов, отражений, параллельных переносов и других преобразований симметрии. Некоторые кристаллич. фазы являются метастабильными (т.е. относительно устойчивые). Отсюда свойство: полиморфизм– это св-во некоторых в-в существовать в нескольких кристаллич. модификациях с разной структурой, и наоборот разные св-ва могут иметь полное подобие атомного строения и внешние формы кристаллов; изоморфизм– это св-во различных, но родственных по хим. составу в-в кристаллизоваться в одинаковых структурах при одном типе хим. связи.

Fe_α – ниже 911^oC}ОЦК

выше 1392^oC}ОЦК

Fe_γ – 911^oC-1392^oC}ГЦК

Рассматривая модель кристалл. решётки, видно, что плотность атомов в различных плоскостях не одинакова, поэтому св-ва отдельно взятого кристалла (физические, химические, механические) будут отличаться в различных направлениях. Такое различие называют анизотропией. Все кристаллы анизотропны. Аморфные тела изотропны. Степень анизотропии может быть значительной, например при исследовании монокристаллов меди временное сопротивление изменяется σb=120…360 МПа, σ=10…56%.

Технические металлы являются поликристаллическими в-вами, состоящими из множества мелких различноориентированных кристаллов, поэтому их св-ва во всех направлениях усредняются, т.е. металлы и сплавы изотропны по св-вам.

Вопрос 4. Процесс кристаллизации. Дефекты в кристаллах.

Кристаллизация– это процесс образования кристаллов при переходе металла из жидкого состояния в твёрдое; происходит при нарушении термодинамических равновесий в жидкости (р-р или расплав), в газовой сфере(пар) или в твёрдом теле. Рассматривая схему кристаллизации, выделяют 2 важных момента: 1) По мере развития процесса кристаллизации в нём участвует всё большее и большее число кристаллов, поэтому процесс сначала ускоряется, пока в какой-то момент (когда закристаллизуется 50% жидкости) взаимное столкновение растущих кристаллов не начинает препятствовать их росту. Рост кристаллов замедляется, тем более что жидкости, которые образуют новые кристаллы становятся всё меньше; 2) В процессе кристаллизации, пока кристалл окружён жидкостью он имеет правильную форму, но при столкновениях и срастаниях кристаллов правильная форма нарушается, причём внешняя форма зависит от условий соприкосновения растущих металлов.

Скорость процесса кристаллизации определяется двумя величинами: 1) Скоростью зарождения центров крислаллизации.

2) Скоростью роста кристаллов.

Каждой t^o кристаллизации или степени охлаждения соответствует определённый размер устойчивого зародыша. Более мелкие, если они возникают тут же растворяется в жидкости, более крупные растут превращаясь в кристаллы или зёрна. Чем ниже t^o (больше степень переохлаждения) тем меньше имеет устойчивый зародыш и тем большее число центров кристаллизации образуется в единицу времени.

Дефекты кристалла– это несовершенство кристаллического сложения, нарушения строго периодического расположения частиц в узлах кристалл. решётки. Дефекты образуются в результате кристаллизации под влиянием электрического и магнитного полей, тепловых и механических воздействий, при введении в кристалл примесей, при облучении жёстким магнитным излучением и т.д.

Различают дефекты:

1) Точечные вызывают искажение кристаллической решётки на расстояние соизмеримое с межатомной. Например: вакансия– узел кристалл. решётки, в котором отсутствует атом или ион. Вакансии находятся в термодинамическом равновесии с решёткой, возникают или исчезают в результате теплового движения атома. Причём каждой t^o соответствует определённая равновесная концентрация вакансий. Примесные дефекты также относятся к точечным и образуют чужие атомы или ионы, которые могут замещать основные частицы кристалл. решётки или внедряться между ними. Также точечными дефектами считают междоузельные частицы – собственные атомы или ионы, сместившиеся с узлов кристалл. решётки.

2) Линейные – нарушение правильного чередования атомов плоскостей и кристалл. решётки и назыв. дислокацией. Возникает в процессе роста кристаллов и при пластическом деформировании. Она может быть прямой, выгибаться в ту или иную сторону или закручиваться в спираль, образуя винтовую дислокацию. Дислокация может перемещаться до некоторой плоскости–скольжения. Механ. св-ва металла зависят от числа дислокаций и способности их перемещения или разложения. Например, число дислокаций для чистых металлов 1000000 в 1 см³. Для каждого материала сущ. Критическая точка дислокации, которая приводит к замедлению их движения.

3) Поверхностные– это прежде всего границы между разориентированными участками металла, вследствие теплового расширения, сжатия и нагревания деформиров. кристаллов, а также при переходе из одной кристаллической модификации в другую. В основном поверхностные дефекты представляют собой ряды и сетки дислокаций.

4) Объёмные дефекты– это скопление вакансий, образующих в кристаллах поры и канавы, включение посторонних фаз, пузырьков газа, скопление примесей на дислокациях и зона просто кристаллов. Объёмные дефекты снижают пластичность, влияют на прочность, электрические св-ва материалов.