Гуляев А.П. - Металловедение 1986 (Гуляев А.П. - Металловедение), страница 5

д.). В аморфных телах атомы совершают малые колебания вокруг хаотически расположен- 19 ных равновесных положений, т. е. не образуют кристаллическую решетку. Аморфное тело находится с термодинамической точки зрения в неустойчивом (так называемом метастабильном) состоянии и его следует рассматривать как сильно загустевшую жидкость, которая с течением времени должна закристаллизоваться, т. е. атомы в твердом теле должны образовать кристаллическую решетку и пре- вратиться в истинно твердое Г тело. Для аморфного тела характерна изотропия свойств (одинзковые свой- ства по разным направлениям), а также отсутствие точки плавления, т.

е. при повышении температуры аморфное тело размягчается Этн особенности вызваны отсутствием у аморфного тела дальнего порядка в расположении атомов, однако ближний порядок имеется. Таким образом, аморфное тело правильнее рассматривать как жидкость в пере- охлажденном, метастабильном состоянии с, очень высоким коэффициентом вязкости. Аморфное состояние образуется при быстром ()Оао С/с и более) рм' т С*'м' '"" "'ам'д'""'"" 1'1 ОХЛаждЕНИИ раСПЛаВа. НаПрИМЕр а оотааяаааьаоа аааргаа аааамодая- р р отааа (б1 между атомама ° аааисммоата При ОХЛЯЖДЕНИН рЯДЯ СПЛаВОВ НЗ жидкого состояния образуются так называемые металлические стекла, обладающие специфическими физико-механическими свойствами.

Какие силы удерживают атомы в твердом теле. Между атомами, образующими кристаллическое твердое тело, существуют силы притяжения, которые уравновешиваются на расстояниях порядка г, м ж !О ' см силами отталкивания (рнс. 7, а). Соответственно при га - -10 а см потенциальная энергия взаимодействия атомов имеет минимальное значение (рис. У, б). Таким образом при г) га атомы притягиваются, при г ( га — отталкиваются, пр» г = га находятся в устойчивом полохтении.

Существование зтомно-кристаллической решетки в твердых телах с межатомным расстоянием порядка !О а см обьясняется тем, что минимум потенциальной энергии системы достигается именно тогда, когда атомы регулярно, периодически расположены в пространстве. В сэмом общем случае при данной температуре Т расположение атомов в кристаллической решетке, т. е. структура кристаллов, соответствует не минимуму потенциальной энергии (т' (точнее внутренней энергии У, но в данном рассмотрении пренебрегаем кинетической энергией атомов), з минимуму свободной энергии Р 0 — ТЗ.

Это обстоятельство, т. е. наличие энтропийного члена Т ответственно, в частности, за многообразие встре. чюощихся у элементов и их соединений кристаллических структур. Пряроду отталкивания атомов в разлнчвых твердык телах можно считать одинаковой: на больших расстояниях основную роль нграюг кулоновские силы отталкивания положительных ионов (ядер), а на меньших расстояниях главную роль играют силы отталкивания, возникающие вследствие перекрытия заполненных электронных оболочек сближенных атомов. Силы притяжения (снлы связи) в твердых телах существенно отличаются по своей природе.

Обычно рассматривают четыре основных типа связи в твердых телах: металлическую, ионную, ковалентную и связь Вам-дер-Ваальса. В большинстве случаев связи в твердых телах носят смешанный характер. В металлах и сплавах определяющее значение имеет металлический тип связи. Связь в металлах обусловлена взаимодействием положительных ионов с коллективизированными электронами. Свободные электроны проводимости, находясь между ионами, как бы «стягиваютэ их, компенсируя силы отталкивания. У ряда металлов (например, переходных) определенный вклад вносит также ковалентная связь, при которой объединяются два атома, временно передающие друг другу валентный электрон и удерживаемые поэтому силами электростатического притяжения. При ионной связи соседние атомы уже постоянно обменялись электронами. 4.

Кристаллические решетки металлов Как отмечалось в предыдущем параграфе, атомы в кристаллическом твердом теле располагаются в пространстве закономерно, периодически повторяясь в трех измерениях через строго определенные расстояния, т. е. образуют кристаллическую решетку. Кристаллическую решетку можно «построить», выбрав для этого определенный «строительный блок» (аналогично постройке стены из кирпичей) и многократно смещая этот блок по трем непараллельным направлениям.

Такая «строительная» единица кристаллической решетки имеет форму параллелепипеда н называется элементарной ячейкой. Все элементарные ячейки, составляющие кристаллическую решетку, имеют одинаковую форму и объемы. Атомы могут располагаться как в вершинах элементарной ячейки, так и в других ее точках (в узлах кристаллической решетки). В первом случае элементарные ячейки называются простыми (примитивными), во втором — сложными. Если форма элементарной ячейки определена и известно расположение всех атомов внутри нее, то имеется полное геометрическое описание кристалла, т.

е. известна его атомно-кристаллическая структура. В кристаллографии рассматривают 14 типов элементарных ячеек. Ик нвзывэют пространственными решетками Брввз. Для характеристики элементзрной ячейки задают шесть величин: трн ребра ячейки а, Ь, с и три угла между ними и, Р, т (ем. рис. б). Этн величины называются пир«метрики злементзрной ячейки (кристзллнчеекой решетки), Все 14 решеток Брзвз распределены по семи крнстзллическнм системам (сннгониям) в соответствии с орнентвцкей и относительными величинами параметров решетки (рис. 8).

Каждая кристаллическая системз включает одну илн несколько типов проетрзнетвенных кристаллических решеток. В простой решетке атомы располагаются только по вершинам решетки, в обьемноцентрировзнной еще один атом в центре решетки, в грзнецентрировзнной еще по одному атому в центре каждой грани, и в бззоцентрировзнной еще по одному атому в центрах лары параллельных граней, Узлы (положения атомов), направления в плоско«та и пространстве обоэнзчзются е помощью тзк называемых индексов Миллера (рис. 9).

Положение любого узла криетзллнческой решетки относительно произвольно выбранного начала координзт определяют заданием координат х, у, з. Для одной злементзрной ячейки очевидно зти координаты равны параметрам решетки и, Ь, с соответственно, 2! Для удэлемной ог начала координат ячейки координзты узле определя- ются квк х = ша, у = лэ, з = рс, где т, я, р — целые числа. Если эз единицу измерения длин вдоль осей решетки выбрать величины а, Ь, с, то координаты узла будут просто числа гн, и, р. Онн извиняются индексами узле н эзпнсывэются !' [шля [ [. Например для узла с координятзмн х = За, у = 1Ь, з = 4с индексы равны [31411.

/(ля отрнцзтельных индексов узле (стрицэтельные янэчения ш, я, р) нэд индексом ставится знвк минус. Индексы нэпрзвленмя определяются индексами первого узле, через который проходит прямая, проведенная ст начала координат, поэтому индексы нзпрзвлення, //р/711 обозначаемые кэк [шяр! чнс- //р/1 лепно равны индексам узле 7 с [[шяр[). Положение плоскости / определяется отрезками А, В, С, котоРые онз отсекает нэ оснх Мгнг/У!7-'/1 решеткм. )хзлее определяются величины, обрэтяые нм (1/А, 1/В, 1/С) и полученные дроби / У приводят к общему знаменателю, яэпример к числу Р.

Тогда К индексы плоскости определяют- //7!777// //7/РЮ /7/р/ ся кэк Л=Р/А, Л=Р/В и 7 = Р/С и ээписывзются в виде /7777/ /В/77/ ЛЛО. Нэпрямер, прн А = 3, = 2, С = 2 (ЛЛ/) = (233). Если плоскость не пересекает 77/ст/ язкую-нибудь ось (нэпример г), то соответствующий индекс Миллере рзвен нулю [нэпри. мер (!10)[. Для описания кристэллов с гексэгонэльной решеткой пользуются четырехосной системой координат (в асновэнни призмы лежат три оси координат под углом 120', э четвертая ось перпендикулярна нм). В этом сл чзе плоскость у обознэчэется (ЛЛ/7), где -(а+ Л). Непэрзллель яме плоско- /777 /7/с/ Ряс. 9.

Символы ясноторыя всм. ясяюнх узлов, ясярсвлсниз и пло. скосгсв з нуэичсскоэ рсмсгнс стн, имеющие одннзковое атомное строение, крнстэллогрэфически эквивэлентны. Совокупность тэкнх плоскостей заключается в фигурные скобки. Например плоскости (100), (010), (001), (!00), (О!0) и (001) можно обоэнэчнть индексами одной плоскости: (100) нли (010) н т. д. Совершенно энзлогнчно совокупность непзрэллельных кристзллогрэфически эквивалентных направлений, нэпрнмер [100[, [О!0), [001[ и т. д. можно обознэчить индексами одного из них, заключив для этого их в ломаные скобкм: (!00) н т. д. Наиболее распространенными среди металлов являются гексагональная плотноупакованиая решетка (г.

п. у.) (Мя, Еп, Н[ и др.), гранецентрированная кубическая (г. ц. к.) (Сц, А[, Р[ и др.), объемноцентрированная кубическая (о. ц. к.) (Ха, Ч, ХЬ н др.) (табл. 6). Ряд металлов (например, ге) в зависимости от температуры и давления может существовать в состояниях с различными кристаллическими решетками — зто явление называется лодиморфизмом.

Реа- 23 КЗ Г!2 13 А! К!2 !1 на кв !з мл ги 23 Са К 12 <Г!21 зв 24 и с кв кв 31 о. тсср ° гоиель- ааа 32 ое алмаза 21 зс 22 т! ги Кз 26 Мп 26 27 ре Со кв гп ки ки 23 и! ки 29 Си К!2 39 зп !с 19 к кв 43 тс 44 43 яа Йь ги кп ° 7 46 Ал Сб ки ги 37 яа кв 33 Зг кп зз у Г!2 49 хг ги кв 41 42 НЬ лсо кв кв 4В ра ки 49 1и тасрагокаль ааи 60 зп алмаза. тетрагоа аль- нас 67 — 71 раино замаль.