ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

ХАРАКТЕРИСТИКА АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ

В технике под металлами понимают вещества, обладающие комплексов металлических свойств: характерным металлическим блеском, высокой электропроводностью, хорошей теплопроводностью, высокой пластичностью.

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, то металл, в котором создана текстура, называется текстурированным.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. Для описания кристаллической структуры металлов пользуются понятием кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка — это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой расположены атомы. Наименьшая часть кристаллической решетки, определяющая структуру металла, называется элементарной кристаллической ячейкой.

В обычных земных условиях наблюдаются три агрегатных состояния вещества: L – жидкость, Г – газ, S – твердая фаза.

Устойчивые состояния характеризуют терминами:

• ближний порядок (у жидкой фазы);

• дальний порядок (у твердой фазы).

В твердой фазе правильное расположение атомов с периодической повторяемостью в трех измерениях образует кристаллическую решетку. Это воображаемая сетка линий, проведенных через центры атомов. Кристаллические решетки характеризуют угловыми величинами (α, β, γ) и линейными (а, b, c). а, b, c – периоды кристаллических решеток. На рис. 3.1 показаны эти величины.

Рисунок 2.1 - Характеристики кристаллических решеток

Для большинства металлов характерны следующие типы кристаллических решеток:

· объемно-центрированная кубическая (ОЦК);

· гранецентрированная кубическая(ГЦК);

· гексагональная плотноупакованная (ГПУ).

Основные типы кристаллических решеток представлены на рис. 2.2

В объемно-центрированной кубической решетке (рис. 2.2 а) атомы расположены в углах и центре куба. Период решетки равен а, координационное число К=8, базис решетки равен 2; 8 атомов расположены в углах куба, 1 атом в центре куба принадлежит только одной ячейке). Данный тип решетки имеют металлы К, Na, Li, Та, W, Mo, Fea, Cr, Nb и др.

Рисунок 2.2–Типы кристаллических решеток и схемы упаковки в них атомов: а – объемно-центрированная кубическая; б – гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

В гранецентрированной кубической решетке (рис. 2.2, б) атомы расположены в углах куба и центрах его граней. Эта решетка характеризуется периодом а, координационном числом К= 12, базисом, равным 4: (1/8) • 8 + ½ • 6 = 4; 8 атомов в углах куба и 6 атомов в центрах граней, каждый из которых принадлежит двум элементарным ячейкам. Кубическую гранецентрированную решетку имеют следующие металлы: Са, Pb, Ni, Ag, Au, Pt, FeY и др.

В гексагональной плотноупакованной решетке (рис. 3.2, в) атомы расположены в вершинах и центрах шестигранных оснований призмы, кроме того, три атома находятся в средней плоскости призмы. Периоды решетки — а и с, причем с/а > 1 (например, с/а = 1,633 для Ru, Cd и с/а > 1,633 для Mg, Zn), координационное число К= 12, базис решетки равен 6.