A fémek kristályos szerkezete - stadopedia
Az összes fém és fémötvözet, kivéve a szilárd állapotban ritka kivételeket, a kristályos testek, az atomok (ionok) fémek rendezettek egymáshoz képest bizonyos távolságra, a fém jellegétől függően. Ezeket a távolságokat a kristályrács paramétereinek nevezik.
Az amorf testekben az atomok nem rendezett módon vannak rendezve, de kaotikusak.
Fémek, ha kristályosítjuk a szokásos módon - polikristályos test, amely egy nagy számú kis, megkülönböztethető csak mikroszkóp szemek (10 -1 10 -6 cm), és különbözőképpen orientált képest egymáshoz.
Következésképpen minden fém szemcse olyan geometrikus testekből áll, amelyeket elemi celláknak neveznek. A szomszédos fém szemcsékben ezek a sejtek eltérő irányúak.
Ábra. 1.1. A kristályrács rendszere.
A kristályrács csomópontjaiban lévő atomok az átlagos pozíciójukhoz viszonyítva körülbelül 10 13 Hz frekvencián ingadoznak anélkül, hogy elhagynák helyüket, kivéve néhány speciális esetet.
Mi tartja az atomokat a kristályrács csomópontjaiban, megőrzi az anyag szilárd állapotának és erejének természetét.
Ismeretes, hogy bármely fém atomja számos elektronikus héjból áll, amelyek negatív töltést hordoznak. Mindegyik héj tele van szigorúan meghatározott számú, az atomhoz erősen kötődő elektronokkal, és csak az utolsó héjon, számos laza kapcsolású elektron van az atommal. A számuk megegyezik a fém vegyértékével. Ezen elektronok segítségével az atomok a fémkötésben vannak egymással. Az atomok összekötése egymással valence elektronokkal fémesnek nevezzük.
De a külső héj összes elektronja nem vesz részt egy fém-interatomikus kötés kialakításában. Egyes elektronok, amelyek atomjaik magját hagyják, bejutnak az intersticiális térbe, és egy elektronikus "gázt" alkotnak, azaz kollektivizáltak.
A kollektivizált elektronok miatt a fémek elektromos és hővezető képessége, fémes fényvisszaverődés, szupravezetés, termikus emisszió, műanyag deformáció és más fém tulajdonságok jellemzik.
A fémek kötési szilárdságát az ionok és elektronok repulziójának és attrakciójának erői határozzák meg. Az atomok (ionok) olyan távolságban helyezkednek el egymástól, ahol az interakciós energia minimális.
A legtöbb fém a következő magas szimmetria rácsokkal rendelkezik
Ábra. 1.2. Két atom kölcsönhatási energiája az interatomikus távolság függvényében.
sűrű atomcsomagolás (1.3. ábra).
a, b) köbcentiméret középen (bcc) - a rács a vasat hagyományos hőmérsékleti körülmények között, króm, volfrám, vanádium, molibdén, kálium, nátrium;
c) a kockafelület-központú (fcc) rács nikkelből, rézből, alumíniumból, ólomból, ezüstből, vasból 911-1392 ° C hőmérsékleten és más fémekben;
d) egy hatszögletű, szorosan lezárt (hcp) rács szobahőmérsékleten magnéziumot, cinket, kobaltot, cirkóniumot és titánt tartalmaz.
Az elemi kristályrács jellegzetes jellemzésére, azaz annak paramétereit, tudnia kell: három éles (a, b és c) és
Ábra. 1.3. Fémek kristályrácsai: a és b - köbcentis testközpontú (bcc); c - köbös arcközpontú (fcc); g - hatszögletű, szorosan lezárva.
három tengely között (945; # 946; és # 947;) (lásd az 1.1. Ábrát). A paraméterek a kiválasztott irányban lévő szomszédos atomok középpontjai közötti távolságok, és nanometrikusan vagy Angstroms A ° -on mérve, 1 nm = 10 A ° = 10 -9 m.
Amint az látható, hogy egyes fémek, attól függően, hogy a hőmérsékleti viszonyok léteznek különböző kristályrétegeiben. Például, a vas-ig terjedő hőmérsékleten 911 ° C-on van egy BCC rács, a fenti 911 ° C és legfeljebb 1392 ° C-on egy lapcentrált köbös rács és további több mint 1392 ° C-tól a olvadási hőmérséklete 1539 ° C formáját ölti bcc rács.
A fém azon tulajdonsága, hogy a kristályrács típusát a hőmérséklet függvényében megváltoztatják allotrópnak vagy polimorfizmusnak.
A polimorf transzformációk fontos technológiai értékeket képviselnek, köszönhetően az acélok és más fémek hőkezelésének.
Könnyű látni, hogy az atomok sűrűsége a kristályrácsban különböző síkok mentén nem azonos (1.4. Ábra).
Ábra. 1.4. A kristályos síkok (a-c) és a (d) irányok a Bcc-rácsban.
Mivel (100) sík egy BCC rács tartozik atom (1 / 4x4 = 1), a sík (110) - 2 atomok (1 / 4x4 + 1 = 2), majd az egyenlőtlen sűrűsége különböző síkokban és irányokban a rácsok, tulajdonságok ( kémiai, fizikai, mechanikai) minden egyes egykristály más lesz, és ez az úgynevezett anizotrópia. Ezért a kristály - anizotróp testet.
A technikai fémek polikristályos testek, azaz nagyszámú anizotróp kristályból áll, amelyek a legtöbb esetben rendezetlenül orientálódnak egymáshoz. Ezért a tulajdonságok minden irányban többé-kevésbé azonosak, azaz. a polikristályos test pseudo-izotróp. Az ilyen fém képzeletbeli izotrópiája nem figyelhető meg irányított kristályosítással és jelentős hideg deformációval.