Гуляев А.П. - Металловедение 1986 (Гуляев А.П. - Металловедение), страница 6

К12 гп 66 Сз Кв те 77 Оз 1г гп ги тз зч кп те Ан К! 2 ва Нва 76 ае ги 66 ва ке тз н! гп 73 П та и< КВ Кв 9! т! гп К<2 вв рь КИ П р а м а а ° а ° ° . Моцафааацам марганца аммот сломана кристаллические реветка. Букам К а Г обоаиачавт кубазаскув а гаксагоаальаув реватка соотзистаеано, а цифрм после букв — мвркииациоииое число. Другое обозааеаане Кв — о.

ц. кл К12 — г. ц. кл ГИ вЂ” г. и. ул Гв — г. Т а б л ы а а 7. Херавтарыстыиа Врметеллва тип реватка пар р арнматинВан нубаесекан о. ц. к. г. В.к. лизапия в металлах отмеченных структур является следствием их высокой компактности, т. е. отношение объема, занимаемого атомами в элементарной ячейке к объему ячейки. Компактность структуры является одним из факторов, уменьшающим свободную энергию твердого тела, т.

е. обеспечивающим его равновесное состояние и следствием особенностей электронной структуры металлов и характером их ыежатомного взаимодействия. Т в б л ы а а 6. Крыстллаычеа<ые реазаткы металлических вламеытов Рвс. (а. Крвсталляееские ранетки (слева ввобраманве ° анне ллотиоулаяояелимк маров-етомоав а — абаемнокевтрвроаавиая кубааесяея (о. в. к.): б — гравекевтрлроваявая кубвееская (г. к. в.); е— гексаговалаиая влотвоулакоаенаая г. и. 7.) с другом (рис.

1 0). Для характеристики величины атома служит атомный радиус (табл. 8), под которым понимается половина расстояния. между ближайшими соседними атомами. Параметры злементар- Т а б л н ц а 8. Атомные раанусм маталлнческнк алементов а нанотмтрак (ло Г. Б. Бокию) (длл ноордииаяиоииоео мила 12) 3 4 1.! Ве 0,157 0,113 11 Ыа 0,192 О,Ъ 19 К 0,236 21 5с 0,165 22 Т( 0,145 23 Ч 0,136 24 25 Сг Мп 0.128 0,131 26 Ре 0,1 27 27 Со О, 126 28 Ы) 0,1 26 29 Сн 0.1 31 ба 0,139 20 Са 0,197 30 Вп 0,1 37 ВЬ 0,253 49 1и О, 152 45 ДЪ 0,1 34 42 43 Мо Тс 0,140 0,134 47 А8 0,144 48 Сб 0,152 38 Зг 0,216 39 Ч 0,181 40 2г О,! 60 41 ЫЪ О,!47 44 Ви 0,1 32 46 Рд 0,137 78 Р1 0,138 57 — 7! 1.а 0,188 76 Ое 0,1 34 79 Ан О, 144 81 Т! 0,17! Св 0,274 56 Ва 0,225 73 Та 0,146 74 75 % Йе 0,141 0,137 77 1г 0,135 60 Н8 0,1 55 72 Н1 0,159 Приведем (табл.

7) наиболее важные характеристики кристаллов с кубической решеткой. За координационное число принято число ближайших соседей данного атома. Точечное расположение атомов в кристаллических решетках, приведенных на рис. б и 8, является условным, так как в действительности атомы имеют определенный раамер и могуг соприкасаться друг ной ячейки а, Ь, с и атомные радиусы измеряются в анесгпремах (1 А = 1О ' см) или в нанометрах (1 нм = 1О ' см = 1О А). Параметры решетки металлов (их также называют периодами решетки) находятся в пределах 0,2 — 0,7 нм и определяются методом рентгеноструктурного анализа с точностью до третьего, а при необходимости и до четвертого или даже пятого знака после запятой.

5. Реальное строение металлических кристаллов Обычно кусок металла состоит из скопления большого числа маленьких кристаллов неправильной формы, называемых зернами. Кристаллические решетки в отдельных зернах ориентированы относительно Рас. Гц Структура оолккрасгаллвасского твердого тала (слева Ваалвакаа орвсвгавва крвсталлвчасквк нелегок в аарвак) друг друга случайным образом (в некоторых случаях, например, прн холодной прокатке, наблюдается преимущественная ориентировка зерен — текстура ') (рис. 11). Поверхности раздела зерен называются границами зерен.

Такой кусок металла является полинрисашллом. При определенных условиях, обычно прн очень медленном контролируемом отводе тепла при кристаллизации (затвердевании металла), может быть получен кусок металла, представляющий собой один кристалл, его называют монокристаллом.

В настоящее время в лабораториях выращивают монокристаллы массой в несколько сот грамм и более. Встречающиеся в природе кристаллы, как монокристаллы, так н зерна в поликристаллах, никогда не обладают такой строгой периоличностью в расположении атомов, о которой говорилось выше, т. е. не являются кидеальнымив кристаллами. В действительности креальные» кристаллы содержат те или иные несовершенства (дефекты) кристаллического строения.

Дефекты е кристаллах принято классифицировать .по характеру нх измерения в пространстве на точечные (нульмерные), линейные г Часто не все зерна одинаково ориентированы. Оценивают вто обстоятельство степенью тгкстуровонноггдн (в процентах), которая показывает долю верен, одинаково ориентированных. га (одномерные), поверхностные (двухмерные), объемные (трехмерные). Точечными дефектами называются такие нарушения периодичности кристаллической решетки, размеры которых во всех измерениях сопоставимы с размерами атома. К точечным дефектам относят вакансии (узлы в кристаллической решетке, свободные от атомов), межузельные агпомы (атомы.

находящиеся вне узлов кристаллической решетки), а также примесные атомы, которые могут или замещать атомы основного металла (примеси замешения), или внедряться в наиболее свободные места решетки (поры или междоузлия) ана- с логично межузельным атомам (примеси внедрения) (рис. 12). 1 ° Ю 7 При переходе атома нз равновесного положения (узла) в междоуэлие возникает пара вакансия — менсуэельный атом, которая называется дефекмом Френке,ш. а если атом из своего узла выходит на поверхность кристалла. то образующийся дефект на- 5 б эывается дефекшом Шоттки.

Точечные дефекты являются центрами локальных искажений в кристаллической решетке. Однако заметные смещения атомов, окружающих вакансию или межуэел ный атом, создаются только на расстояниях не- рес. !З. ".хема чччччнмх деФектов э крествлле: ! — прнмесеме атом замещения; 3 — дефект скольких атомных диаметров от шоттки; 3 — премеснмя атом внедрение; 4— центра дефекта, н поля упругих дчеахаисне э — дефект Френкеля !веечеснч напряжений являются блиэкодей- и нчмуэчэьныа атом); э — пренесныэ атом эенещееея ствующнмн, т. е. быстро убывают (с увеличением расстонния) от дефекта. Точечные дефекты, хотя н требуют определенной затраты энергии для образования, являются термодинамически равновесными, т.

е. всегда присутствуют в кристалле. Это связано с тем, что точечные дефекты повышают энтропию системы. В результате этого свободная внергия Е = У вЂ” ТЗ. может понижаться до определенной (равновесной) концентрации точечных дефектов. Расчет дает для равновес— е~ьг ной концентрации вакансий соотношение с = л/)ч' = е, где л — число вакансий в кристалле нз ДГ атомов; Š— энергия, требуемая для перемещения атома иэ узла решетки внутри кристалла в узел на поверхности (знергия образованна вакансии). Для меди с„ = !О " прн 300 К и с, = !О е прн !!00 К, т.

е. одна вакансия приходится на !00000 атомов. Энергия образования вакансии порядка ! эВ (1,6.!О ы Дж), а энергия образования межузельного атома — 3 зВ, что связано в основном с тем, что межузельный атом вызывает ббльшие искажения в решетке, чем вакансия.

Поэтому концентрация межузельных атомов меньше концентрации вакансий. При невысоких температурах можно достичь концентрацию точечных дефектов гораздо выше равновесной эа счет облучения элементарнымн частицами высокой энергик, пластической деформации, закалки (быстрого охлаждения) с высокой температуры, фиксирующей высокотемпературную. концентрацию вакансии. Вакансии могут объединяться, образуя пары †бнвзканс н даже скопления вакансий.

Перемещения ванансий по кристаллу, которое можно рассматривать и как встречное движение атомов играют важную роль в ряде процессов в сплавах (диффузия, ползучесть н т, д,). Энергия движения вакансии, необходимая для преодоления определенного энергетического барьера при ее перемещении, близка к ! эВ. Достигаемые в ионном микроскопе увеличения (до 2 !О') и разрешающая способность (3- РО ' см) позволяют получать изображения отдельного атома илн вакантного узла. Линейные дефекты в кристаллах характеризуются тем, что их поперечные размеры не превышают нескольких межатомных расстояний, а длина может достигать размера кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации — линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла.