|
| |
|
Главная Промышленность  Рис. 1.5. Октаэдрические (а) и тетраэдри-ческие (б) поры в металлах с ГЦК решеткой (ГЦК) координационное число равно 12 (К12). Отношение объема всех элементарных частиц, приходящихся на одну элементарную ячейку, ко всему объему элементарной ячейки определяет коэффициент компактности. Для простой кубической решетки этот коэффициент равен 0,52, для ОЦК-0,68 и ГЦК-0,74. Оставшееся пространство образуют поры, которые дифференцируют на октаэдрические и тетраэдрические. Центры этих пор показаны маленькими точками на решетке ГЦК (рис. 1.5). Радиус октаэдрической поры составляет 0.41 радиуса элементарной частицы, а радиус тетраэ-лрической поры-лишь 0,22. Для многих кристаллов характерна плотная упаковка элементарных частиц. Если элементарные частицы изобразить в виде шаров, а для большинства частиц это справедливо, так как они обладают шаровой симметрией, то при упаковке получаются структуры, показанные на рис. 1.6.  Рис. 1.6. Плотная упаковка атомов в крис-та:шах На первый слой шаров, обозначенных А, в лунки / накладывается второй слой шаров, обозначенных В. Для следующего слоя шаров возможны два варианта: если шары укладываются над первым слоем, то решетка получается гексагональная (внизу); если третий слой шаров С укладывается на второй слой над лунками 2 и только четвертый слой шаров повторяет первый слой шаров А, то получается гранецентрированная кубическая решетка (вверху). Шестигранная призма на рис. 1.7 изображает гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку ГПУ. Такое изображение подчеркивает, что решетка гексагональная (шестиугольная). Однако элементарной ячейкой является элемент, выделенный жирными линиями. В нем а = ЬФ с; а = р = 90"; у = 120". Исходя из чисто геоме- Рис. 1.7. Элементарные ячейки кристаллических решеток: а, .--ГПУ; й, ГЦК; в, f-ОЦК  трических соображений, можно определить отношение периодов с/а, если элементарные частицы обладают сферической симметрией. Оно равно 1,633. На этом же рисунке отмечены частицы, обозначенные на рис. 1.6 буквами А к В. Для гранецентрированной кубической решетки шары А принадлежат первому слою, шары В к С соответственно второму и третьему слоям. Оба эти слоя заштрихованы. Только четвертый слой повторяет первый. Заштрихованные плоскости-это плоскости плотной упаковки. При отклонении элементарных частиц от сферической симметрии возможно образование гексагональных структур с отношением параметров, отличающихся от значения 1,633, а также структуры объемно-центрированного куба (см. рис. 1.7). Кристаллографические индексы. По параллельным направлениям свойства одинаковы, поэтому достаточно указать для всего семейства параллельных прямых одно направление, проходящее через начало координат. Это дает возможность определить направление прямой только одной точкой, так как другой всегда служит начало координат. Такой точкой является узел кристаллической решетки, занимаемый элементарной частицей. Координаты этого узла выражают целыми числами и, и, w в единицах отрезков а, Ь, с, заключают в квадратные скобки [и, v, w] и называют индексами направления. Их всегда выражают целыми числами, а отрицательное значение индекса обозначается знаком минус над индексом (рис. 1.8, а). Положение плоскости в пространстве определяется отрезками, отсекаемыми плоскостью по осям xyz. Эти отрезки выражают целыми числами т, п, р в единицах отрезков а, Ь, с. Принято за индексы плоскостей брать обратные отрезки: h = \/m; fe=l/n; l=i/p. Три этих числа h, к, I, заключенные в круглые скобки, называют индексами плоскости (рис. 1.8,6). Если плоскость отсекает по осям отрицательные отрезки, то это отмечается знаком минус над соответствующим индексом. Плоскости плотной упаковки (см. рис. 1.7, заштрихованные плоскости) называют плоскостями скольжения, так как по этим плоскостям смещаются атомы при пластической деформации кристалла. Для кристаллов с ГЦК решеткой плоскостями скольжения будут плоскости семейства (111). Для кристаллов с ГПУ решеткой с отношением с/а > 1,633 плоскостью скольжения будет плоскость базиса-шестигранного основания призмы. При отношении с/а < < 1,633 плоскостями скольжения будут также и плоскости призмы. Анизотропия. Это зависимость свойств кристалла от направления, возникающая в результате упорядоченного расположения атомов (ионов, молекул) в пространстве. Свойства кристаллов определяются взаимодействием атомов. В кристалле расстояния между атомами в различных кристаллографических направлениях различны, а поэтому различны и свойства. Анизотропия присуща всем свойствам кристаллов. Наиболее сильно она проявляется в кристаллах со структурами, обладающими малой симметрией (табл. 1.2). Из приведенных значений температурных коэффициентов линейного расширения в кристаллах по трем взаимно перпендикулярным осям видно, что анизотропия резко проявляется на структурах моноклинной и ромбической, но  (fffO) (О/о)  Рис. 1.8. Кристаллографические индексы направлений (а) и плоскостей (б) практически не заметна на кубических структурах. Таков же характер влияния симметрии структуры на удельное электрическое сопротивление. Магнитные свойства анизотропны и на кубических кристаллах. Например, намагниченность ферромагнетиков, имеющих кубическую решетку, различна в разных кристаллографических направлениях. Для Fe„ (ОЦК) направление легкого намагничивания направление [100], для Ni (ГЦК) направление [111], для Со (ГПУ)-направление [110]. Анизотропия свойств кристаллов проявляется при использовании монокристаллов, полученных искусственным путем. В природных условиях кристаллические тела-поликристаллы, т. е. состоят из множества мелких различно ориентированных кристаллов. В этом случае анизотропии нет, так как среднестатистическое расстояние между атомами по всем направлениям оказывается примерно одинаковым. В связи с этим поликристаллические тела считают мни-моизотропными. В процессе обработки давлением поликристалла кристаллографические плоскости одного индекса в различных зернах могут ориентироваться параллельно. Такие поликристаллы называют текстурованными, ТАБЛИЦА 1.2. Температурный коэффициент линейного расширения кристаллов ТАБЛИЦА 1.3. Модуль упругости кристаллов
и они, подобно монокристаллам, анизотропны. Значения свойств поликристаллов занимают промежуточные положения в интервалах значений для монокристаллов, как это видно на примере модуля упругости металлов (табл. 1.3). Прочность и пластичность монокристалла меди изменяются в зависимости от направления (0 = 350-180 МПа; 6=1050%). Для поликристаллической меди ав = 250 МПа и 6 = 40%. 1.2. Влияние типа связи на структуру и свойства кристаллов Тип связи, возникающий между элементарными частицами в кристалле, определяется электронным строением атомов, вступающих во взаимодействие. Элементарные частицы в кристалле сближаются на определенное расстояние, которое обеспечивает кристаллу наибольшую термодинамическую стабильность. Расстояние, на которое сближаются частицы, определяется взаимодействием сил, действующих в кристалле. Силы притяжения возникают благодаря взаимодействию электронов с положительно заряженным ядром собственного атома, а также с положительно заряженными ядрами соседних атомов. Силы отталкивания возникают в результате взаимодействия положительно заряженных ядер соседних атомов при их сближении. Силы отталкивания проявляются при сильном сближении и растут интенсив- 0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
