строение (557054), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Для установления индексов крнсталлографическнх плоскостей определяется величина отрезков, отсекаемых данной плоскостью на пространственных осях координат Х, )г, Л. Зти отрезки измеряются от условного начала координат и единицей измерения также служит параметр кристаллической решетки. Индексами плоскости называются целые числа, обратные величинам отрезков, отсекаемых данной плоскостью на осях координат. Если плоскость отсекает на осях Х, У, У соответственно отрезки т, и, /, то индексами плоскости будут заключенные в круглые скобки числа (ИИ/), где И =- 1/т, И = 1/л; / = 1//. Если кристаллографичесная плоскость отсекает на осях отрицательные отрезки, то это указывается знаком над соответствующим индексом. Важнейшие плоскости и их индексы в кубичесной решетке показаны на рис. 10, б, в, г.
Различные кристаллографические плоскости в металлах не идентичны при пластической деформации металлов. Например, плотноупакованные плоскости (1!1) в о. ц. к. и г. ц. к. решетках являются плоскостями легкого скольжения при пластической деформации. В металлах с г. п. у. решеткой плосностью скольжения будет основание шестигранной призмы (при с/а ( 1,633). Полиморфизм и металлах. Некоторым металлам свойственно явление полиморфизма, которое состоит в том, что металл имеет различные кристаллические структуры, переходящие одна в другую при строго определенных температурах. Зти кристаллические структуры в одном и том же металле называют полиморфными модификациями и обозначают символами а, р, у, 6.
Обычно буквой а обозначается модификация, соответствующая нижнему температурному интервалу. Полиморфизм обнаружен более чем у 30 металлов. Некоторые полиморфные металлы и их модификации приведены ниже: Модификации металла ..... гее гет Рее Т1а Т13 Кристаллическая ст уктура ... о.
ц. к. г. ц. к. о. ц. к. г. и. у. о. ц. к. 0 чс ..... . (911 911 ... 1392 1392 ... 1539 « 882 882,, 1668 Легирование чистых металлов другими элементами, изменение скорости нагрева и охлаждения стабилизируют те или иные поли- морфные модификации, расширяя или сужая температурный интервал их существования. Зто явление положено в основу создания сплавов с заданными свойствами на основе полиморфных металлов, например таких важнейших промышленных сплавов, как сплавы на основе железа и титана. 5 3. Строение неметаллических материалов Неметаллические материалы органической природы представляют собой композицию на основе полимеров, в состав которой входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы и специальные добавки, улучшающие свойства композиции.
К неметаллам неорганической природы относятся стекло, керамика, графит. Формы макромолекул полимеров и надмолекулярные структуры. Полимеры состоят из макромолекул (гигантских молекул), построенных из многократно повторяющихся звеньев одного и того же химического состава, соединенных между собой новалентными связями. Полимер можно представить структурной формулой, например ( — СН,— СН,— )„— формула полиэтилена (в скобках представлен химический состав элементарного звена полимера; и — степень полимеризацин, показывающая количество элементарных звеньев в макромолекуле). Полимер — высономолекулярное вещество с молекулярным весом ) 10000 углеродных единиц. Высокомолекулярные соединения меньшего молекулярного веса называются олигомерами.
Для полимеров, полученных по механизму реакции полимеризации, элементарное звено полностью совпадает с молекулой мономера — исходного вещества для получения полимеров (мономер полиэтилена — этилен — СН, = СН,). Полимер, макромолекулы которого получены из одного мономера, называется гомополимером, при соединении двух или нескольких мономеров получаются блок и привитые сополимеры. Если в основную цепочку макромолекулы входят атомы одного элемента, полимер называется гомоцепным. В случае образования цепи атомами углерода — нарбоцепным.
При наличии в цепи разнородных атомов образуется гетероцепной полимер (полимеры, содержащие циклы, соответственно называются гомоциклическими и гетероциклическими). Типы связей между отдельными элементарными звеньями в макромолекуле такие же, нак у всех органических соединений. Причем тип связи имеет большое значение, определяя химические и физические свойства полимеров, например: С вЂ” С вЂ” углерод-углеродная связь; С вЂ” Π— С вЂ” сложноэфнрная связь; С вЂ” )т) — С вЂ” амидная связь. Величины энергии связи полимеров составляют 334,4; 330,2 и 275 кДж/моль соответственно.
Рис. 11. Сиены строения макромолекул палвмеров: а — лвнеииая; б — разветвленная; е — лестничная; г — пространстееяио.сетчатая; д— паркетная Кроме состава, величины энергии связи, молекулярного веса свойства зависят от формы макромолекул, т.
е. от структуры полимера. Макромолекулы полимеров могут иметь различную структуру, которую образуют элементарные звенья, соответствующую линейным, разветвленным, сетчатым, лестничным, паркетным макромолекулам. На рис. 1! показаны различные формы макромолекул полимеров. Из микроструктуры полимеров следует, что линейные макромолекулы неразветвленной структуры могут плотно упаковываться в единице объема в пачки, образуя надмолекулярную кристаллическую структуру.
Складываясь в гофрированные ленты, пачки молекул образуют кристаллы сферолитной (округлой) или ограненной пластинчатой формы (рис. !2). Кроме того, гибкие линейные и разветвленные макромолекулы образуют глобулы — свернутые клубки макромолекул, которые в случае однородности по диаметру также могут быть уложены в кристаллические решетки с образованием хорошо ограненных кристаллов (рис. 13).
Следует различать полимеры с определенной степенью кристалличности и аморфные полимеры, у которых присутствует меньшая упорядоченность в расположении звеньев цепей макромолекул. Сшитые формы макромолекул присущи наиболее прочным, нерастворимым и неплавким полимерам, лишь набухающим в растворителях, сетчато-пространственным, лестничным и паркетным. Теоретическая модель сетчато-пространственной макромолекулы представляет элементарный замкнутый, многократно повторенный цикл. Термопластичные полимеры имеют линейную и разветвленную структуры макромолекул, неодинаковых по длине, а следовательно, и по величине молекулярного веса, являясь полидисперсным материалом. Сетчатые полимеры получаются в результате взаимодействия реакционноспособных,олигомеров, которые сшиваются в прост- Ряс. 1К Этапы процесса кристаллизации полвмера ао еяеме1 а — пачки макроналекул; б — выпрямлеияая пачка: е — леята: а — пластина, состав. ленная нз лент; д — сфералнт ранственную сетку под влиянием различных условий (температуры, отвердителей, давления).
Протекающий при этом процесс называется отверждением. В трехмерных сетках возникает гетерогенная структура, связанная с фиксированием неодно. родностей, существующих в исходной системе до отверждения, неравномерностей сшивания макромолекул и взаимодействия между цепями в готовой сетке. Рнс. 13. Схема образования мапо- Физический Характср~ Среды и кристалла яолиетилепа степень межмолекулярного взаимодействия являются определяющими факторамиформирования сетки. Сетка сшитого полимера имеет неодинаковые расстояния между узлами сшивки, так как вначале происходит сшивание агрегатов разветвленных макромолекул, и лишь на более глубоких стадиях отверждения они связываются друг с другом переходными цепями с образованием сплошной пространственной сетки.
Этот механизм вызывает микрогетерогенность структуры: на определенной стадии возникает термодинамическая несовместимость компонентов системы, приводящая к микрофазовому разделению, которое остается незавершенным, что приводит к образованию особого состояния системы, характеризующегося возникновением неравновесных областей микрофазового разделения — фейзонов.
В переходных межфазных слоях возникает сегрегированная структура со специальным комплексом свойств (области отличаются по плотности и физико-механическим свойствам). Одной из нерешенных задач остается создание идеальной сетчатой структуры сшитых полимеров. Рис. 1«. Структура иеоргаииееского стекла, а — нааркеаого; б — натри«силикатного аг«тгау Строение материалов неорганической природы. Рассмотрим природу неорганического стекла, представляющего собой смесь раз! личных оксидов.
!! Стеклообразное вещество яв! ляется разновидностью аморфного состояния. При переходе стекла из расплавленного (жидкого) состояния в твердое (аморфное) в процессе быстрого охлаждения и увеличения вязкости беспорядочная структура, свойственная жидкому состоянию, как бы «замораживается», поэтому неорганические стекла характеризуются неупорядоченностью и неоднородностью внутреннего строения. Создание теории строения стекла принадлежит Д.
И. Менделееву, впервые сформулировавшему научное представление о его химическом строении. В дальнейшем положения, выдвинутые Менделеевым, были развиты, и в настоящее время существует несколько гипотез о строении стекла. Кристаллитная гипотеза, предложенная А. А. Лебедевым, и агрегативная гипотеза О. К, Ботвинкина близки. Согласно этим гипотезам в стекле существуют определенные химические соединения или твердые растворы, образованные входящими в состав стекла компонентами, причем структура стекла микрогетерогениа.
Гипотеза о структуре стекла, основанная на образовании непрерывной беспорядочной сетки, сформулирована Захариазеном и развита Уорреном. По этой гипотезе стеклообразующий каркас стекла представляет собой неправильную пространственную сетку, образованную кремнекислородными тетраэдрами. 26 Рис. 1». Структура графита На рис. 14, а показана структурная сетка кварцевого стекла. При частичном изоморфном замещении кремния в тетраэдрах, например на алюминий или бор, образуется структурная сетка алюмосиликатного [Я,А!0«1' — или боросиликатного (Я„В04)' — стекол.
Ионы щелочных (1на, К, 1!) и щелочноземельных (Са, Мй, Ва) металлов вводятся в качестве модификаторов. В структурной сетке стекла они располагаются в промежутках тетраэдрических группировок (рис. 14, б). Рассмотрим строение графита, принадлежащего к неорганическим материалам. Монокристалл графита состоит из непрерывного ряда слоев, параллельных основной плоскости. Атомы углерода в слоях расположены в вершинах правильных плотноупакованных в базисной плоскости шестиугольников (гексагонов), как показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
