Строение кристаллических веществ — типы кристаллических решеток —

Строение кристаллических веществ - типы кристаллических решеток - понятия полиморфизма и аллотропии - дефекты кристаллических решеток

Типы кристаллических решеток Возможны 14 пространственных решеток (решетки Браве), образующих 7 кристаллографических систем (сингоний). В металлах и сплавах наиболее распространены решетки ОЦК, ГЦК и ГПУ.

а) объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК) α- (δ)-Fe, Cr, V, W , Mo, β-Ti, Nb, Li, Na, K б) гранецентрированная кубическая решетка (ГЦК) γ-Fe, Cu, Ni, Al, Pb, Ag, Ca, Pt в) гексагональная плотно упакованная решетка (ГПУ) Zn, Mg, α-Ti, Cd, Be

Полиморфизм. Аллотропия – существование химических элементов в виде двух и более простых веществ (О 2 и О 3). Полиморфизм – способность одного и того же вещества иметь различное кристаллическое строение в зависимости от внешних условий (температура, давление, радиоактивное облучение, механические удары, т. п. ). – полиморфная модификация (ПМ); – полиморфное превращение.

Обозначение ПМ: α; β; γ, т. п. Пример: α-Fe или Feα Неметаллы (кварц) Около 30 металлов (Fe, Co, Ti, т. п. )

Классификация дефектов кристаллических решеток

Точечные дефекты а) вакансия (отсутствие атома в узле решетки) б) смещения (перемещение атома в междоузлие)

Точечные дефекты в) замещения (замещение собственного атома чужеродным) и внедрения (нахождение чужеродного атома в междоузлии)

Точечные дефекты - изменяют период решетки, - сопровождаются внутренними напряжениями, - повышают свободную энергию, - влияют на свойства (например, вакансии понижают плотность, увеличивают электрическое сопротивление).

Линейные дефекты (дислокации) а) краевая (появление экстраплоскости) б) винтовая (смещение атомов вокруг некоторой условной оси)

Краевые дислокации Причины: кристаллизация, пластическая деформация. Край экстраплоскости (добавочной полуплоскости над плоскостью скольжения) является местом наибольшей деформации и наивысших напряжений – это линия дислокации. При деформации растет число дислокаций и точечных дефектов, т. д. , это ведет к упрочнению металла – наклепу. Если дислокации легко движутся – металл пластичный, непрочный; если закреплены – твердый, но хрупкий.

Винтовые дислокации Образуются в основном при затвердевании (кристаллизации) металла. Искажение структуры обусловлено смещением атомов путем скручивания тех мест, которые они занимают в идеальной кристаллической решетке; линия искажения – винтовая. Характеристика всех дислокаций – их плотность – число выходов дислокаций на единицу площади. В металлах плотность дислокаций огромна и составляет 104… 1012 см-2.

Поверхностные дефекты Это границы зерен и блоков, свободные поверхности кристаллов. По границам зерен скапливаются также различные легкоплавкие неметаллические примеси (оксиды, мелкие поры, т. п. ), они резко ухудшают механические свойства. Тугоплавкие включения находятся внутри кристаллита и являются центрами кристаллизации, при этом образуется мелкозернистая структура, что улучшает механические свойства.

Объемные дефекты Это пустоты (трещины и поры), включения посторонних фаз, скопление примесей на дислокациях.