Кристаллическое строение металлов

Все металлы и их сплавы – тела кристаллические. Какими силами связаны атомы в кристаллической решетке?

Существуют четыре основных типа связи в твердых телах:

- ковалентный тип связи (между атомами неметаллов Сl);

- ионный тип связи ( между атомами металлов и неметаллов NaCl);

- металлический тип связи (между атомами металлов)

- остаточная связь парафин (Т пл. низкая, мягкий);

Рассмотрим металлический тип связи, благодаря которому металлы приобретают присущие им свойства.

Кристаллическое строение металлов характеризуется закономерным размещением атомов в пространстве с образованием кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, в узлах которой находятся положительные ионы, а внешние отрицательно заряженные электроны образуют так называемый электронный «газ» (рис.1.1).

Рис.1.1. Металлический тип связи.

1 –положительно заряженные ионы;

2 – отрицательно заряженые электроны.

Атомы в решетке связаны силами взаимного притяжения и отталкивания электрон - между положительно заряженными ионами и электронным «газом». Такая связь не является жесткой и направленной, поэтому атомы могут скользить друг относительно друга, разрушая сплошности материала, что и обеспечивает высокую пластичность металлов (рис.1.2). Наличием данного электронного «газа» объясняются такие свойства металлов как электропроводность , теплопроводность, пластичность.

Рис.1.2. Схема сдвига в решетке металла

при пластической деформации

Атомы (ионы) могут, располагаясь в узлах кристаллической решетки, образовывать правильные геометрические фигуры. Что такое кристаллическая решетка? Это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы, образующие металл. Металлы могут давать сравнительно небольшое число вариантов расположения атомов в пространстве (рис. 1.3). У металлов наиболее часто встречаются следующие типы решеток:

Рис. 1.3. Типы кристаллических решеток металлов.

а - кубическая объемно-центрированная (ОЦК)

(Мо, Fe, V, Na, Cr, Ta, K, Li, и др.)

б - кубическая гранецентрированная (ГЦК)

(Cu, Al, Pt, Fe, Erg, Au, и др.)

в - гексагональная плотноупакованная (ГПУ) (Mg, Be, Y, Co, и др.)

Размеры элементарной ячейки называются параметрами решетки, они обозначаются а, в, с и измеряются в ангстремах (1А=10^-8 см). Из этих решеток (элементарных ячеек) строятся кристаллы металлов. Каждый кристалл состоит из большого количества мелких кристаллических решеток, в которых атомы расположены закономерно.

Однако, образовавшиеся реальные кристаллы не обладают строгой периодичностью в расположении атомов, они имеют те или иные несовершенства, т.н. дефекты кристаллического строения. Дефекты в кристаллах принято классифицировать по характеру их измерения в пространстве: точечные, линейные, поверхностные, объемные. К точечным дефектам относят вакансии (узлы в кристаллической решетке, свободной от атомов), межузельные атомы, примеси замещения.

У линейных дефектов длина на несколько порядков больше ширины. У поверхностных дефектов мала толщина, а ширина и длина больше ее на несколько порядков. Объемные дефекты (поры, трещины) имеют значительные размеры во всех трех направлениях.