Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по материаловедению - файл 1.htm


Загрузка...
Лекции по материаловедению
скачать (4418.5 kb.)

Доступные файлы (39):

001.htm68kb.20.07.2008 14:25скачать
002.htm18kb.13.07.2008 11:43скачать
10.htm21kb.13.08.2008 21:47скачать
11.htm21kb.14.08.2008 23:30скачать
12.htm20kb.16.08.2008 12:42скачать
13.htm20kb.16.08.2008 13:17скачать
14.htm16kb.16.08.2008 14:22скачать
15.htm20kb.19.08.2008 21:09скачать
16.htm19kb.19.08.2008 22:26скачать
17.htm17kb.20.08.2008 02:02скачать
18.htm23kb.20.08.2008 02:32скачать
19.htm19kb.20.08.2008 23:17скачать
1.htm17kb.05.08.2008 18:24скачать
20.htm25kb.21.08.2008 00:11скачать
21.htm25kb.21.08.2008 21:41скачать
22.htm26kb.21.08.2008 21:42скачать
2.htm13kb.03.08.2008 21:49скачать
3.htm18kb.03.08.2008 22:24скачать
4.htm15kb.03.08.2008 22:39скачать
5.htm18kb.03.08.2008 23:53скачать
6.htm20kb.12.08.2008 22:27скачать
7.htm20kb.13.08.2008 00:47скачать
8.htm15kb.13.08.2008 13:03скачать
9.htm19kb.13.08.2008 20:56скачать
backgr.jpg37kb.14.07.2008 10:14скачать
content2.htm207kb.29.07.2008 20:38скачать
content3.htm220kb.29.07.2008 20:52скачать
content4.htm208kb.29.07.2008 21:00скачать
content5.htm234kb.29.07.2008 21:22скачать
intro.htm17kb.20.07.2008 13:52скачать
jscript.js
mb.gif2kb.14.07.2008 17:40скачать
mg.gif2kb.14.07.2008 17:47скачать
mr.gif2kb.14.07.2008 17:46скачать
mz.gif2kb.14.07.2008 17:38скачать
Next0000.gif2kb.14.07.2008 10:10скачать
ok.png1kb.14.07.2008 17:47скачать
style.css
Thumbs.db

1.htm

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лекция 2

 

Материаловедение. Особенности атомно-кристаллического строения металлов.

 

 Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

 Понятие об изотропии и анизотропии

 Аллотропия или полиморфные превращения

 Магнитные превращения

Металлы, особенности атомно-кристаллического строения

 

вернутся к оглавлению

Среди огромного ряда материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.

Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.

Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определ`нным набором свойств:

 металлический блеск (хорошая отражательная способность, непрозрачны);

 пластичность;

 высокая теплопроводность;

 высокая электропроводность.

 термоэлектронная эмиссия, т. е . способность к испусканию электронов при нагреве;

Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объёму металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решётка.

^ Это понятие используют для описания атомно-кристаллической структуры и является воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки. Величина их в металлах порядка 0,1–0,7 нм, размеры элементарных ячеек — 0,2–0,3 нм.

Элементарная ячейка – элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.



Рис.1.1. Схема кристаллической решетки

 

В 1848 г. французский ученый Бравэ показал, что изученные трансляционные структуры и элементы симметрии позволяют выделить 14 типов кристаллических решеток.

На рис. 1.2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов: объемноцентрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов.

Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются

  • размеры рёбер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решётки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определёнными.

  • углы между осями (∠ α ∠ β ∠ χ ).

  • координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.

  • базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.

  • плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74)

    Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа;

  • примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;

  • базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;

  • объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;

  • гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней



    Рис. 1.2. Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

     

    Основными типами кристаллических реш¨ток являются:

    1. Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) (см. рис.1.2а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, Feα)

    2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (см. рис. 1.2б), атомы рассполагаются в вершинах куба и по центру куждой из 6 граней (Ag, Au, Feβ)

    3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:

      • простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);

      • плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).

      Типы кристаллических решеток важнейших металлических элементов

      А. Металлы с одним типом решетки
      Тип
      решетки
      Координационное
      число
      Коэффициент
      компактности
      Металл
      ГЦК1274Ag,Au,Pt, Cu,Al,Pb,Ni
      ОЦК868Na, K,V,Nb, Cr, Mo, W
      ГП1274Be,Mg,Zn,Cd

      Б. Металлы с полиморфным превращением
      МеталлТип
      решетки
      Температура
      превращения,
      °С
      CaГЦК « ГП450
      CeГП «ГЦК477
      ZrГП «ОЦК882
      TiГП «ОЦК882
      FeОЦК«ГЦК«ОЦК       α   ⇒    β     ⇒   γ    ⇒      δ
      911→ 1041→ 1183→ 1673

       

      Понятие об изотропии и анизотропии

       

      вернутся к оглавлению

      Изотропия (изотропность) (от греч.isos - равный и troроs - направление) - одинаковость во всех направлениях, инвариантность, симметрия по отношению к выбору направления (в противоположность анизотропии).

      Свойства тела зависят от природы атомов, из которых оно состоит, и от силы взаимодействия между этими атомами. Силы взаимодействия между атомами в значительной степени определяются расстояниями между ними. В аморфных телах с хаотическим располохением атомов в пространстве расстояния между атомами в различных направлениях равны, следовательно, свойства будут одинаковые, то есть аморфные тела изотропны

      В кристаллических телах атомы правильно располагаются в пространстве, причем по разным направлениям расстояния между атомами неодинаковы, что предопределяет существенные различия в силах взаимодействия между ними и, в конечном результате, разные свойства. Зависимость свойств от направления называется анизотропией

      Чтобы понять явление анизотропии необходимо выделить кристаллографические плоскости и кристаллографические направления в кристалле.

      Плоскость, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографической плоскостью.

      Прямая, проходящая через узлы кристаллической решетки, называется кристаллографическим направлением.

      Для обозначения кристаллографических плоскостей и направлений пользуются индексами Миллера. Чтобы установить индексы Миллера, элементарную ячейку вписывают в пространственную систему координат (оси X,Y, Z – кристаллографические оси). За единицу измерения принимается период решетки.



      Рис.1.3. Примеры обозначения кристаллографических плоскостей (а) и кристаллографических направлений (б)

       

      Для определения индексов кристаллографической кристаллографической плоскости необходимо:

    4. установить координаты точек пересечения плоскости с осями координат в единицах периода решетки;

    5. взять обратные значения этих величин;

    6. привести их к наименьшему целому кратному, каждому из полученных чисел.

      Полученные значения простых целых чисел, не имеющие общего множителя, являются индексами Миллера для плоскости, указываются в круглых скобках. Примеры обозначения кристаллографических плоскостей на рис. 1.3 а.

      Другими словами, индекс по оси показывает на сколько частей плоскость делит осевую единицу по данной оси. Плоскости,параллельные оси, имеют по ней индекс 0 (110)

      Ориентация прямой определяется координатами двух точек. Для определения индексов кристаллографического направления необходимо:

    7. одну точку направления совместить с началом координат;

    8. установить координаты любой другой точки, лежащей на прямой, в единицах периода решетки

    9. привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целыж чисел.

      Индексы кристаллографических направлений указываются в квадратных скобкаж [111]

      В кубической решетке индексы направления, перпендикулярного плоскости (hkl) имеют теже индексы [hkl].

      Аллотропия или полиморфные превращения.

       

      вернутся к оглавлению

      Аллотропия (от греч.allos - другой, tropos - поворот, свойство) - существование одного и того же химического элемента в виде двух и более простых веществ, различных по строению и свойствам, т. н. аллотропических модификаций или аллотропических форм. в зависимости от внешних условий (давление, температура) Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (Примеры аллотропии: 1) О2 - кислород и О3 - озон. Кислород бесцветен, не имеет запаха, озон же пахуч, имеет бледно фиолетовый цвет, он более бактерициден. 2) Красный фосфор и белый фосфор. Белый фосфор ядовит, светится в темноте, способен самовоспламеняться, красный фосфор неядовит, не светится в темноте, сам по себе не воспламеняется.) или образования различных кристаллических форм (например, графит и алмаз); в этом случае аллотропия - частный случай полиморфизма.

      Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.

      Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).

      Fe: t < 911° C – ОЦК – Feα;

      911 < t < 1392° C – ГЦК – Feβ;

      1392 < t > 1539° C – ОЦК – Feγ; (высокотемпературноеFeα)

      Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначается буквами греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.

      Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.

      Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.

      Полиморфизм олова явился одной из причин гибели полярной экспедиции английского исследователя Р. Скотта. Оловом были запаяны канистры с керосином. При низкой температуре произошло полиморфное превращение пластичного белого олова с образованием хрупкого порошка серого олова. Горючее вылилось и испарилось, и на обратном пути экспедиция осталась без топлива. Превращение белого олова в серое называют «оловянной чумой».

      Магнитные превращения

       

      вернутся к оглавлению

      Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

      При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – 768°С). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

    10. вернутся к оглавлению


      Скачать файл (4418.5 kb.)

      Поиск по сайту:  

      © gendocs.ru
      При копировании укажите ссылку.
      обратиться к администрации
      Рейтинг@Mail.ru