ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллическое строение металлов и дефекты кристаллических структур из "Курс материаловедения в вопросах и ответах " Большинство металлов имеют кристаллическую решетку. Положительно заряженные ионы, образующие каркас металлического тела, совершают непрерывные тепловые колебания около точек, закономерно расположенных в определенных местах пространства. Эти точки являются узлами воображаемой пространственной кристаллической решетки. [c.18] Различают простые и сложные кристаллические решетки. В элементарной ячейке простой решетки атомы (ионы) расположены только в вершинах обра-зуюшего ячейку многогранника. В сложных - они могут находиться также внутри многогранника или на его гранях. [c.19] Металлы имеют сложные кристаллические решетки. В большинстве случаев -это кубическая объемно-центрированная (ОЦК), кубическая гранецентрирован-ная (ГЦК) и гексагональная тотноупакованная (ГПУ). [c.19] В элементарной ячейке ОЦК атомы находятся в вершинах куба и внутри него, в точке пересечения пространственных диагоналей. В ячейке ГЦК атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. В ячейке ГПУ атомы находятся в вершинах правильной шестигранной призмы, в центре каждого ее основания и, кроме того, три атома заключены внутри призмы. [c.19] Размеры элементарной ячейки определяются размерами образующих ее атомов. При этом полагают, что атомы, представляемые в ввде жестких шаров, касаются друг друга в направлениях ячейки с наиболее плотным их расположением. [c.19] Во многих случаях в разных температурных интервалах один и тот же металл обладает различными кристаллическими решетками. Такое явление носит название полиморфизм или аллотропия. [c.19] Важными характеристиками кристаллической решетки являются коэффициент компактности, координационное число, базис. [c.19] Коэффициент компактности - это отношение объема принадлежащих кристаллической ячейке атомов к объему всей ячейки. Следует иметь в виду, что в кристаллической решетке часть атомов, составляющих ячейку, относится не только к данной ячейке, но и к ячейкам, находящимся по соседству. Например, атом, расположенный в вершине кубической ячейки (простая кубическая, ОЦК, ГЦК) принадлежит еще семи соседним ячейкам, т.е. данной ячейке принадлежит лишь 1/8 атома. [c.19] Коэффициент компактности простой кубической решетки равен 52 %, ОЦК -68 %, ГЦК - 74 % (столь же компактна решетка ГПУ). Остальное пространство занято порами. В ячейке ГЦК в центре расположена крупная октаэдрическая пора с радиусом, равным 0,41 радиуса атома. В ячейке ОЦК больших пор нет. Поры, расположенные на ребрах ячейки, имеют радиус, равный 0,16 радиуса атома. [c.19] Чем выше координационное число, тем плотнее пространственная кристаллическая решетка материала. [c.20] Базис кристаллической решетки - это таблица координат атомов, принадлежащих элементарной ячейке, рассматриваемой в пространственных координатных осях. Базис простой кубической решетки (0,0,0), ОЦК - (0,0,0 1/2,1/2,1/2), ГЦК-(0,0,0 1/2,0,1/2 0,1/2,1/2 1/2,1/2,0). [c.20] Пространственное положение кристаллографических плоскостей (плоскостей, проходящих через определенные группы атомов кристаллической решетки), а также кристаллографических направлений характеризуется кристаллографическими индексами. [c.20] Индексы плоскости - это три целых числа, заключенных в круглые скобки и представляющих собой приведенные к целым числам значения обратных величин отрезков, отсекаемых плоскостью на осях х, у, z. За единицы длины принимают параметры решетки а, Ь, с. Например, плоскость, включающая пространственные диагонали куба, имеет индексы (101). Если плоскость отсекает отрицательные отрезки, то знак минус ставится над соответствующим индексом. Кристаллографические индексы отражают положение не только данной плоскости, но целого семейства плоскостей, ей параллельных. [c.20] Индексы направлений - это три числа, заключенных в квадратные скобки и представляющих собой приведенные к целым значениям координаты любой точки направления после его параллельного переноса в начало координат. За единицы длины принимают параметры кристаллической решетки. Например, направление, совпадающее с пространственной диагональю куба, имеет индексы [111]. Если направление имеет отрицательные координаты, то над соответствующим индексом ставится знак минус. [c.20] В различных направлениях кристаллической решетки плотность расположения атомов различна, что влечет за собой различие в свойствах кристалла в зависимости от направления, в котором это свойство измерено - анизогщзопию. В поликристаллических телах в пределах отдельных зерен наблюдается явление анизотропии. Однако, поскольку ориентация кристаллической решетки в различных зернах различна, в целом по куску материала свойства усредняются. Поэтому реальные металлы являются изотропными, т.е. телами с примерно одинаковыми свойствами по всем направлениям. Поскольку их изотропность является не истинной, а усредненной, то их принято называть квазиизотропами. Если каким-либо способом, например давлением, сориентировать кристаллические решетки в зернах одинаково (создать текстуру деформации), то такое поликристаллическое тело станет анизотропным. [c.20] Реальные кристаллы всегда содержат дефекты - искажения правильного расположения атомов в пространстве. Различают точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты. [c.20] Точечные дефекты по размерам сравнимы с межатомными расстояниями. К ним относятся вакансии (отсутствие атома в узле кристаллической решетки), межузельные или дислоцированные атомы (атом находится в межузельном пространстве кристаллической решетки) и примесные атомы. Среди последних различают атомы замещения (чужеродный атом занимает место в узле кристаллической решетки) и атомы внедрения (чужеродный атом находится в межузельном пространстве решетки). [c.21] Линейные дефекты по размерам в двух направлениях сравнимы с межатомными расстояниями, а в третьем простираются на многие тысячи периодов кристаллической решетки. Важнейшими видами линейных несовершенств являются краевые (линейные) и винтовые дислокации. [c.21] Образование краевых дислокаций вызвано присутствием в кристаллической решетке неполных кристаллографических плоскостей. Такие полуплоскости, не имеющие продолжения в нижней или верхней частях кристаллической решетки, называются экстраплоскостями. Краевая дислокация представляет собой область упругих искажений, проходящих вдоль края экстраплоскости. Различают положительные и отрицательные дислокации. Положительная дислокация (ее отмечают знаком ) возникает, если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, если в нижней - отрицательная (ее отмечают знаком Т ). [c.21] Винтовая дислокация - это область упругих искажений кристаллической решетки, проходящая вдоль линии, вокруг которой атомные плоскости изогнуты по винтовой поверхности. В зависимости от направления изгиба различают правые и левые винтовые дислокации. [c.21] Вернуться к основной статье