Structura de cristal - Manuale, pagina 1
Tipuri de barilor de cristal. Substanțele solide sunt împărțite în cristalină și amorfă. corp -Crystal prin încălzire rămân solide până la o anumită temperatură (temperatura de topire) la care trec la starea lichidă. corp amorfa în timpul încălzirii în timp într-un interval mare de temperatură de înmuiere; În primul rând ele devin vâscoase și abia apoi se lichefieze.
Toate metalele și aliajele lor - solide cristaline. Fier numite elemente chimice care sunt trăsăturile caracteristice ale opacității, luciul, conductivitatea electrică și termică bună, ductilitate și pentru multe metale capacitatea de a fi sudate. Pentru metale, caracterizate prin faptul că intră în reacție chimică cu elementele este nemetale Xia, ei renunță la ultima lor electroni de valență externe. Acest lucru se datorează faptului că atomii de metal legat vag electronii exteriori din miezul ei. Metalele sunt pe învelișul exterior doar 1-2 electroni, în timp ce mulți nemetale astfel electroni (5-8).
Elemente chimice pure din metal (de exemplu, fier, cupru, aluminiu, etc.), se poate forma o substanță complexă a cărei compoziție poate cuprinde mai multe elemente metalice, de multe ori cu elemente de impurități, cantități apreciabile de nemetale. Astfel de substanțe sunt dizolvate este aliajele numit-metal. insule care formează substanțe simple componente din aliaj numite aliaj.
Pentru a descrie structura cristalină a taliu-IU folosesc termenul cristalin D-zăbrele. Rețeaua cristalină - este voobra zhaemaya-dimensional grilă, nodurile care sunt localizate atomi (ioni), formând Me-taliu. Particulele de substanță (ioni, atomi) de Koto ryh construit cu cristale dispuse în model geometric determinat-lennom care se repetă perio-spațiu. în mod tipic în Spre deosebire de cristale în formă de solide amorfe (sticlă formarea masă) atomii sunt aranjate în spațiu-diavol destul de haotic.
Formarea rețelei cristaline în UI taliu după cum urmează. Când ne-Trecerea de metal din lichid în stare solidă distanța dintre atomii este redusă și forța interacțiunii dintre ele crește. Caracterizat ter atomic interacțiune definit BUILD Niemi cochilii exterioare electronice. Când se apropie de atomi de electroni localizate pe membranele exterioare, pierd contactul cu atomii lor Mami de separare datorită electronului valență unui atom nucleu încărcat pozitiv de altul și așa mai departe. E. Formarea libertăți electroni, deoarece ele nu aparțin unui singur atom. Astfel, în metalul în stare solidă este o structură formată din ioni încărcați pozitiv, electroni liberi spălate.
Comunicarea în metalul se realizează prin forțe electrostatice. Între ionii și electronii liberi apar forțe de atracție electrostatice care strâng ioni. O astfel de conexiune între particulele de metal numite metal.
Forțele de legare din metale sunt determinate de forțele de repulsie și atracție între forțele IO-ne și electroni. Ionii sunt situate la o distanță una de alta, la care potențialelor potențialul de interacțiune minimă de energie. Ionii metalici sunt aranjate într-o anumită ordine pentru a forma un grilaj. Ta ioni de localizare furnizate prin reacția lor cu ioni leagă electroni de valență Koto-secară în rețeaua cristalină.
Tipuri de Grile cristaline in diferite metale diferite. Cele mai frecvente zăbrele:
centrat pe corp cubic (bcc) - α-Fe, Cr, W, o cubice cu fețe centrate (fcc) - y-Fe, A1, Cu, și
un hexagonal ambalate aproape-(HCP) - Mg, Zn și altele.
Cea mai mică cantitate de cristal, oferind o idee despre structura atomică a metalului în oricare din volumul său, numită celulă cristalină elementară (Fig.).
Fig. I. Celula elementară a rețelele cristaline:
I - centrată pe corp cubic (α-fier), II - un Cubic cu fețe centrate (cupru), 111 - hep; și c - parametrii zabrele
Rețeaua cristalină caracterizată prin parametrii săi, de exemplu, un cub de lungime laterală pentru CCA și CCF, care este de 2,8 pentru metale diferite. 6 * 10 -8 cm.
Defecte în cristale. În cristalele, există întotdeauna defecte (imperfecțiuni) structura, cauzată de dereglarea poziționarea corectă a rețelei cristaline a atomilor. De-structura cristalină împărțită afectează in funcție de caracteristicile geometrice pe un punct, linie și suprafață.
Atomii pendulează în apropierea punctelor de zăbrele, iar temperatura crește amplitudinea acestor vibrații crește. Majoritatea atomilor rețelei cristaline au aceeași (medie) intervalul de energie și pentru o temperatură dată, cu aceeași amplitudine Urletul. Cu toate acestea, atomii individuali raiduri, dau energie, semnificativ mai mare medie Ener-ologie, și trece de la un loc la altul. Majoritatea atomilor pot fi mutate cu ușurință peste nostnogo-strat, lăsând la suprafață. Un loc unde a existat un astfel de atom se numește vacant (Fig. 2a).
Fig. 2. Defecte în cristale:
și - poziția deschis, b - atom interstițial, o dislocare muchie liniară, r - aranjament incorectă a atomilor de pe limitele granulelor de 1 și 2
In acest loc, după un timp se deplasează unul dintre atomii din stratul adiacent și așa mai departe. E. poziția deschis, astfel, se deplasează în interiorul cristalului. Cu creșterea temperaturii, posturile vacante co-lichestvo crește și de multe ori ne-a mutat cu forța la un nod la altul. Diffie - procesele de precizie în metale, toate într-un post vacant joacă un rol decisiv. Pentru Single-AF defecte NYM sunt de asemenea atom aplicare-renny în zăbrele interstițiale (Fig. 2b), și un atom substituit când atomii spațio-ma dintr-un metal din zăbrele este înlocuită cu o alta, un atom străin. defecte Single-AF-VASTE cauzează o denaturare locală a grilajului Cree cristal.
defecte liniare sunt vederi ale altor imperfecțiuni esențiale XYZ zăbrele cristaline, ca rezultat al forfecare pe o distanță interatomică a unei părți din zăbrele în raport cu celălalt de-a lungul unui număr plan de rânduri de atomi într-un grilaj pe partea superioară a unuia mai mare decât partea de jos. În acest caz, partea superioară a grătarului, așa cum arăta lesă NJ atomic-plan (de suplimentare). Marginea perpendiculară schimbare suplimentară direcția Niju se numește o muchie sau dislocare liniară (fig. 2c), în care lungimea mo-Jette ajunge la mai multe mii de Ras distantele interatomice. Găsiți mari distanțe dislocare set de centru defectului distorsiunilor spațiu zăbrele, fără IC. Lățimea dislocare este mică și se ridică la câteva distanțe atomice.
Crystal dislocații zăbrele în zona deformată elastic, deoarece atomii din această zonă sunt deplasate în raport cu starea lor de echilibru-TION. Pentru dislocarea caracterizat prin ușoară a acestora în mobilitatea. Acest lucru se datorează faptului că atomii generatoarelor de-desfășurare, tinde să se miște într-o stare de echilibru. Dislocații forma Xia în timpul cristalizării metalelor (vezi. CH.1, § 2), precum și deformare plastică-TION, tratament termic și alte procese.
defecte superficiale sunt interfețe între cristalele individuale ale Cree, (Fig. 2d). La interfața dintre atomii cristalului sunt mai puțin bine decât în cea mai mare parte. Mai mult, interfețele se acumulează dislocările și posturi vacante, iar impuritățile sunt concentrate, care în continuare ordinea napyshaet de aranjament al atomilor. Mai mult decât atât, aceste cristale sunt orientate greșit, t. E. poate fi rotit în raport cu celălalt de grade de syatki. rezistența metalului poate crește datorită unei latice distorsiune cristalină a lângă limite sau descreste Xia datorită prezenței impurităților și a concentrației de defecte. Defectele din cristalele semnificativ afectează yayut proprietăți pe metal.
cristale anizotropie. Dissimilarity phi proprietățile fizice ale mediului în diferite direcții se numește anizotropie. Anizotropie datorate Cree-Stull distinge densitate atomii de forjare UPA din zăbrele în diferite direcții-niyah. Toate cristalele sunt anizotrope și substanțele amorfe (sticlă, rășină) sunt izotrope, adică. E. Au odi-Nakova densitate de atomi în diferite direcții-leniyah.
Anizotropiei proprietăților este importantă atunci când se utilizează cristale unice - particule unice de cristal, care sunt situate în mod uniform pe întreg volumul lor. monocristale au un aspect de cristal regulate (sub forma UE-naturale la poliedre) prin anizotrope Me-mecanic, electric și alte proprietăți fizice.
Metale și aliaje utilizate în domeniu, în general, au o structură policristalină, adică. E. Constau o pluralitate de mel-FIR și cristale orientate în mod diferit, nu au o tăietură de cristal regulate și numite cristalite (sau granule). Fiecare policristalină cereale observate anizotropie. Cu toate acestea, din cauza diverse, aleatoare cristalografică orientare-ing în planuri diferite policristalină granule pot avea aceleași proprietăți în timp direcția și nu detectează anizotrope-apy (când dimensiunea granulelor este semnificativ mai mică decât podeaua și cristalul și numărul lor este foarte mare). Această circumstanță, în multe cazuri, poate fi considerat cum ar fi un corp izotrop policristalin, deși ani, anizotropia proprietăților boabe componente individuale.
Tranziția de la lichid la solid (kri-cristalin), numit cristalizare. procese Cristalizarea depind de evap temperaturii și debitului în timp, astfel încât curbele se răcească oh built-in-evap coordonatele ra - timpul (Figura 3). Teoretic, t. E. Un proces ideal de metal TION fără răcire continuă re-cristalizare la o temperatură T 5 (Fig. 3). La atingerea temperaturii de solidificare ideale T 5 scădere a temperaturii pre-clar redusă. Acest lucru se datorează faptului că atomii peregrup-pirovka în timpul formării rețelei cristaline este exoterm (vyde-doresc să creeze căldura latentă de cristalizare). Fiecare metal pur (nealiat) cristalizeaza la strict constant tur tempera individuale. Până la sfârșitul solidificarea metal care temperatura scade din nou.
Fig. 3. Curbele de cristalizare din metal sub răcire cu rate diferite
Practic, continuă cristalizare la temperaturi mai scăzute, adică. E. metal SRI subrăcit la o temperatură Tn, Tn 1. 2 Tn (de exemplu, măsoară curbele 1, 2). Gradul de subrăcire (= T s AT -Tn) depinde de natura și puritatea IU taliu la viteza de răcire. Mai pure metalul lichid, mai predispuse la subrăcire. Prin creșterea vitezei de răcire crește gradul de subrăcire și metal novyatsya sută de boabe mai fine, îmbunătățind astfel calitatea acesteia. Pentru cele mai multe metale, gradul de subrăcire în timpul cristalizării în fabricație stare-condiți de la 10 la 30 ° C La rate ridicate de răcire poate ajunge la zece grade.
Procesul de cristalizare constă din două sute-diy: nucleaŃie - Cristale (nuclee sau nucleaŃie) și creșterea cristalelor din aceste centre. Când răcirea bruscă a aliajului sub Tn în multe zone ale metalului lichid (fig. 4a, b) sunt formate capabile de germeni de crestere-Cree-cristaline.
Fig. 4. Etapele succesive ale procesului de cristalizare din metal
Mai întâi au format cristalele Xia cresc în mod liber și să aibă mai mult sau mai puțin formă geometrică regulată (fig. 4, d, d). Apoi, în contact Ras tuschih cristale de formă regulată Nara-cute, deoarece în aceste regiuni fațetele de pre-creștere redusă în mod clar. Creșterea cristalelor continuă numai în acele zone în care există acces liber al metalului topit. Cristalele rezultate, au avut Chiyah forma primul geometric regulat, obținut după formă neregulată de solidificare, acestea sunt numite cristalite sau boabe (Fig. 4 e).