Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Атомно-кристаллическое строение металлов
Под атомно-кристаллическим строением понимают взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле.
В твердом состоянии металл – это структура, состоящая из положительных ионов, омываемых коллективизированными электронами или, как говорят, электронным «газом». Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения. Такая связь называется металлической.
Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Ионы располагаются на таком расстоянии друг от друга, при котором энергия взаимодействия минимальна. Сближение атомов (ионов), равно как и их удаление на расстояние, отличное от этого оптимального расстояния, осуществимо лишь при совершении определенной работы против сил отталкивания и притяжения.
|
| Рис. 5. Схема кристал- лической решетки |
Этот наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, получил название элементарной кристаллической ячейки.
Большинство металлов образует одну из следующих высоко симметричных решеток с плотной упаковкой атомов: кубическую объемно центрированную, кубическую гранецентрированную и гексагональную плотноупакованную (рис. 6).
|
| Рис. 6. Кристаллические решетки металлов: а – объемно центрированная кубическая (ОЦК); б – гранецентрированная кубическая (ГЦК); в – гексагональная плотноупакованная (ГПУ) |
Как видно из рисунка, в кубической объемно центрированной решетке (ОЦК) атомы расположены в вершинах куба и один атом в центре объема куба. Кубическую объемно центрированную решетку имеют металлы: Pb, Na, Li, Tib, Zrb, Та, W, V, Fea, Cr, Nb, Ba и др.
В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Решетку такого типа имеют металлы: Саa, Се, Sra, Tn, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Jr, Feg, Сu, Соa и др.
В гексагональной (ГПУ) решетке атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы. Такую упаковку атомов имеют металлы: Mg, Tia, Cd, Re, Os, Ru, Zn, Cob. Be, Cab и др.
Расстояние a, b, с между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке называются периодами решетки. Период решетки выражается в нанометрах (1 нм = 10-9 м). Периоды решетки для большинства металлов находятся в пределах 0,1 – 0,7 нм.
Половину наименьшего расстояния между атомами в их кристаллической решетке называют атомным радиусом.
Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных плоскостях и направлениях решетки свойства (химические, физические, механические) каждого монокристалла зависят от направления вырезки образца по отношению к направлениям в решетке. Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях называется анизотропией.
Кристалл – тело анизотропное в отличие от аморфных тел (стекло, пластмассы и др.), свойства которых не зависят от направления.
Технические металлы являются поликристаллами, т. е. состоят из большого числа анизотропных кристаллитов. В большинстве случаев кристаллиты статистически неупорядоченно ориентированы по отношению друг к другу; поэтому во всех направлениях свойства более или менее одинаковы, т. е. поликристаллическое тело является псевдоизотропным. Такая мнимая изотропность металла не будет наблюдаться, если кристаллиты имеют одинаковую преимущественную ориентацию в каких-то направлениях. Эта ориентированность, или текстура, создается в известной степени, но не полностью (например, в результате значительной холодной деформации); в этом случае поликристаллический металл приобретает анизотропию свойств.
При переходе металла из жидкого состояния в твёрдое образуется кристаллическая решётка и формируются кристаллы. Такой процесс называется кристаллизацией.
Все самопроизвольно протекающие превращения, а следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более выгодным системе, обладает меньшим запасом энергии.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей энергией Гиббса (свободной энергией) G, т. е. когда энергия Гиббса кристалла меньше, чем энергия Гиббса жидкой фазы. Если превращение происходит с небольшим изменением объёма, то
G = U – TS,
где U – полная внутренняя энергия фаз,
Т – абсолютная температура, S – энтропия.
Следовательно, процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тп. Разность между температурами Тп и Тк, при которых может протекать процесс кристаллизации, носит название степени переохлаждения:
DТ = Тп – Тк.
Термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации чистых металлов при охлаждении с разной скоростью v, показаны на рис. 9. При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика и процесс кристаллизации протекает при температуре, близкой к равновесной Тп (рис. 9, кривая v1). На термической кривой при температуре кристаллизации отмечается горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), образование которой объясняется выделением скрытой теплоты кристаллизации, несмотря на отвод теплоты при охлаждении.
|
| Рис. 9. Кривые охлаждения металла при кристаллизации: v1<v2 <v3 |
С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает (кривые v2, v3) и процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих значительно ниже равновесной температуры кристаллизации.
Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Такое образование зародышей называют гетерогенным.
Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов
Date: 2016-05-15; view: 1176; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |