Основные типы кристаллических решеток

Если соединить соседние атомы воображаемыми линиями, то получится пространственная кристаллическая решетка. Ее наименьшим структурным образованием является элементарная ячейка, контур которой, представляет какое-либо геометрическое тело, например куб или шестигранную призму.

Ячейки, примыкая, друг к другу, и многократно повторяясь, образуют более крупные образования – зерна.

Зерна, объединяясь, собственно и образуют металл, с его свойствами. Ориентация решеток в отдельных зернах – различная. Что же касается субзерен, то угол рассогласования между ними очень невелик (не превышает нескольких градусов).

Наиболее простой кристаллической решеткой у металлов является кубическая (рисунок 1.1, а, б), имеющая две разновидности: объемно центрированный куб (ОЦК) и гранецентрированный куб (ГЦК).

Кристаллическую решетку ОЦК имеют альфа-железо, хром, ванадий, вольфрам, молибден и др.

ГЦК имеют гамма-железо, алюминий, медь, никель, свинец.

Другой разновидностью является гексагональная плотноупакованная (ГПУ). Такую решетку имеют альфа-титан, магний, цинк и др. металлы.

Рисунок 1.1. Основные типы кристаллических решеток материалов:

а – кубическая объемно-центрированная; б – кубическая гранецентрированная; в – гексагональная плотноупакованная.

В ячейках кристаллической решетки атомы касаются друг друга внешними слоями электронных оболочек. Межатомные силы сцепления создаются электромагнитным воздействием, обусловленным наличием у атомов валентных электронов.

У металлов, находящихся в твердом состоянии, валентные электроны, освобождаясь от своих атомов, движутся между атомами, которые становятся положительно заряженными ионами. Принадлежащие всему зерну и образуя электронный «газ» свободные электроны, взаимодействуя с положительными ионами, обеспечивают целостность кристаллической решетки. Такая межатомная связь в кристаллической решетке получила название металлической.

Прочность металла зависит от плотности упаковки и особенностей строения его атомов (особенно валентного и подвалентного слоя электронной оболочки).