Расскажи друзьям!

Структуры металлов. Дефекты кристаллической решётки.

Структуры металлов. Дефекты кристаллической решётки.

Содержание.

Основные понятия и определения. *

Классификация структур металлов. *

Объёмоцентрированная кубическая структура. *

Гранецентрированная кубическая структура *

Гексаганально плотно упакованная структура. *

Закон поглощения или ослабления рентгеновских лучей *

Дефекты. *

Точечные дефекты. *

Линейные дефекты. *

Поверхностные дефекты. *

Основные понятия и определения.

Общее свойство материала симметрия характеризуется некоторой точкой m многогранника, которая в свою очередь характеризуется тем, что при пересечении многогранника отсекает одинаковые части - точкой симметрии, плоскостью, которая пересекает многогранник и разделяет на две равные зеркальные части- плоскостью симметрии и осью, которая проходит через центр тяжести и при повороте кристалл совмещается сам с собой. Порядок оси симметрии определяется соотношением n=360/?. В кристаллах встречаются лишь оси симметрии 1,2,3,4 и 6 порядка, отсутствуют 5 и 7.

Октоэдрическими пустотами называют пустоты в центре куба и посередине рёбер, окруженные шестью атомами, их размер равен r0=0,41R. Вторые по размеру тетраэдрические пустоты имеют радус rТ=0,225R.

Направление – [ ]; Эквивалентные направления - ; Совокупность плоскостей - { }; Плоскость – ( ).

Классификация структур металлов.

Объёмоцентрированная кубическая структура.

Объёмоцентрированная кубическая структура (ОЦК) присуща щелочным: литий, натрий, калий, рубидий, цезий, и следующим переходным металлам: бром, ванадий, железо, а также цирконий некоторых t интервалов.

Каждый атом металла этой группы имеет восемь ближайших соседей на расстоянии (2а)/2. Плотноупакованная направление – (111), плотноупакованной плоскости нет. Коэффициент компактности равен ?=68% - каждая ячейка занята на 68%. В объёмоцентрированной кубической структуре количество пустот равно четырём. Такая структура имеет тетраэдрические пустоты rТ=0,291R. В объёмоцентрированной кубической структуре больше пустот и большего размера, чем в гранецентрированной кубической.

Гранецентрированная кубическая структура

Благородные, такие, как медь, серебро, золото, многовалентные: алюминий и свинец и некоторые переходные: никель, продий, палладий, иридий, платина металлы обладают гранецентрированной кубической структурой (ГЦК).

Каждый атом таких металлов имеет двенадцать ближайших соседей, расположенных на расстоянии а/2. На долю пространства заполнения шарами приходится ?=74% пространства образца. В случае равновеликих шаров коэффициент 0,74 – соответствует наиболее плотной упаковке. Плотноупакованная направление в гранецентрированной кубической структуре – (101), а плотноупакованная плоскость – (111).

В гранецентрированной кубической структуре располагаются по две тетраэдрические пустоты на каждой диагонали. На элементарную ячейку приходится восемь таких пустот.

Гексаганально плотно упакованная структура.

Такие переходные металлы, как скандий, титан и цирконий, а также двухвалентные: магний, цинк и кадмий металлы имеют гексаганально плотно упакованную структуру (ГПУ).

Их координационное число также равняется двенадцати (с/а= 8/3), а коэффициент компактности составляет ?=74%.

Гексаганально плотно упакованная структура – имеет октоэдрические и тетраэдрические пустоты (rТ=0,225R , r0=0,154R).

Закон поглощения или ослабления рентгеновских лучей

Закон поглощения или ослабления рентгеновских лучей:

в дифференциальной форме:

.

в интегральной форме:

. (? – ?оэффициент пропорциональности).

Коэффициент пропорциональности ослабления либо поглощения лучей выглядит следующим образом:

Дефекты.

Различают точечные, линейные, поверхностные и объёмные деффекты.

Точечные дефекты.

Точечные, так называемые нульмерные дефекты малы во всех трёх измерениях. Ими называют вакансии, межузельные атомы. Место с которого атом сместился из узла решетки называеься вакансией. Если в кристалле N атомов и n вакансий то равновесная концентрация вакансий равна . Вакансии - основные дефекты в металлических материалах, так как энергия образования междоузельного дефекта меньше энергии вакансии.

Образование точечных дефектов происходит по двум механизмам.

1.Механизм Френкеля – вакансии и межузельный атом одновременно образовываются при перемещении атома из его нормального положения в узле решётки, например, при облучении ядерными частицами.

2.Механизм Шоттки – атом приобретает избыток энергии от соседних атомов, вследствие чего выходит на поверхность и занимает узлы нового слоя. Через время на место атома поверхностного слоя переходит атом из глубокого слоя, и вакансия перемещается в глубь кристалла.

Линейные дефекты.

Линейные или одномерные дефекты малы в двух измерениях, а в третьем велики - на длину зерна. Линейными дефектами называют дислокации, цепочки вакансий и межузельные атомы.

Сдвиг на одно межатомное расстояние одной части кристалла относительно другой вдоль какой либо плоскости называют краевой дислокацией. Сдвиг создавший краевую дислокацию имеет направление - вектор сдвига.

Лишний атомный слой, вблизи которого внутри кристалла решётка сильно искажена, называется экстраплоскостью. Если экстраплоскость находится в верхней части кристалла, то дислокация называется положительной (?), а если наоборот - отрицательной (?).Характеристикой дислокации, по которой определяют энергию дислокации и меру искажённости кристаллической решётки дислокацией, является вектор Бёркинса. Перемещение дислокации по плоскости скольжения под действием касательных напряжений (в ГЦК – {111}, в ГПУ {001} ) называют дислокационным скольжением. Винтовой дислокацией называют атомную плоскость, закрученную вокруг линии в виде геликоида. Для винтовой дислокации ось (линия) дислокации параллельна вектору Бёркинса, а направление перпендикулярно.

Суммарную линию дислокаций в единице объёма называют дислокационной плотностью:

.

Поверхностные дефекты.

Поверхностные или двумерные дефекты малы только в одном измерении, имеют границы блоков (частей зерна с идеальной кристаллической решёткой) и зёрен. Точечные, линейные и поверхностные дефекты в одном направлении измеряется атомными диаметрами - микроскопические, в отличие от объемных, которые являются макроскопическими. Объёмными дефектами, или трёхмерными называют поры и трещины.

Поверхностные дефекты представляют собой границы зёрен и субзёрен (разоерентированных зон - ориентированных на разные углы зерен) - поверхность, по обе стороны от которой, кристаллические решётки различаются пространственной ориентацией. Различают следующие типы границ зёрен: граница наклона (ось вращения лежит в плоскости границы зёрен) и границы кручения (ось вращения перпендикулярна этой плоскости). Границы с разориентацией соседних зёрен менее 10° - малоугловые, а с большей разориентацией – высокоугловые.