Структура и свойство материалов (из конспекта лекций)
Симметрия – общее свойство материала. Характеризуется: 1). центром
симметрии ( I ), 2). плоскостью симметрии (m), 3). осью симметрии (n).
1). Это некая точка m многогранника, которая хар-ся тем, что при
пересечении многогранника отсекает одинаковые части. 2). Это плоскость,
которая пересекает многогранник и разделяет на 2 равные зеркальные части.
3). Это ось, которая проходит через ось (центр тяжести) при повороте
кристалл совмещается сам с собой. n=360/?
(В кристаллах встречаются лишь оси симметрии 1,2,3,4 и 6 порядка.
Отсутствуют 5 и 7).
Направление – [ ]; Эквивалентные направления - < >; Совокупность
плоскостей - { }; Плоскость – ( ).
Гранецентрированная кубическая структура (ГЦК) – благородные (медь,
серебро, золото), многовалентные (алюминий, свинец), переходные (никель,
продий, палладий, иридий, платина). Каждый атом имеет 12 ближайших соседей
на расстоянии а/ 2. Доля пространства заполнения шарами ?=74%. Коэф.
0,74 – соответствует наиболее плотной упаковки в случае равновеликих шаров.
Плотноупакованная направление в ГЦК – (101), а плотноупакованная плоскость
– (111).
Гексаганально плотно упакованная структура (ГПУ) – переходные (скандий,
титан, цирконий), двухвалентные (магний, цинк, кадмий). Координационное
число – 12, (с/а= 8/3). Коэф. Компактности ?=74%.
Объёмоцентрированная кубическая структура (ОЦК) – щелочные (литий, натрий,
калий, рубидий, цезий), переходные (бром, ванадий, железо и цирконий
некоторых t интервалов). Каждый атом имеет 8 ближайших соседей на
расстоянии (а 2)/2. Плотноупакованная направление – (111),
плотноупакованной плоскости нет. Коэф. Компактности ?=68%. Это означает
что, ячейка занята на 68%.
В ОЦК структуре кол-во пустот n=4. Октоэдрические пустоты – в центре куба
и посередине рёбер, и окружены 6 атомами. Размер октоэдрической пустоты
r0=0,41R. Тетраэдрические пустоты вторые по размеру, rТ=0,225R. В ГЦК
располагаются по 2 на каждой диагонали. На элементарную ячейку приходится 8
тетраэдрических пустот. ГПУ – имеет октоэдрические и тетраэдрические
пустоты (rТ=0,225R , r0=0,154R). ОЦК - rТ=0,291R. В ОЦК больше пустот и
большего размера, чем в ГЦК.
Закон поглощения или ослабления рентген. лучей в диф. форме: [pic]. В
интегральной форме [pic]. ? – коэф. Пропорциональности ослабления либо
поглощения лучей.
[pic]
Дефекты: точечные (нульмерные) малы во всех 3 измерениях – вакансии,
межузельные атомы; линейные (одномерные) малы в двух измерениях, а в
третьем они большего размера (на длину зерна) – дислокации, цепочки
вакансий, межузельные атомы; поверхностные (двумерные) малы только в одном
измерении – границы блоков и зёрен. Точечные, линейные и поверхностные явл.
микроскопическими дефектами т.е. в одном направлении измеряется атомными
диаметрами. Объёмные (трёхмерные) – макроскопичны – поры и трещины.
Вакансия – место с которого атом сместился из узла решетки. Если в
кристалле N атомов и n вакансий то равновесная концентрация вакансий [pic].
В металлических материалах основной точечный дефект – вакансии, т.к.
энергия образования междоузельного дефекта меньше энергии вакансии.
Образование точечных: дефектов: по механизму Френкеля – вакансии и
межузельный атом могут одновременно образовываться при перемещении атома из
его нормального положения в узле решётки (при облучении ядерными
частицами); по механизму Шоттки – атом приобретает избыток Е от соседних
атомов, выходит на поверхность и занимает узлы нового слоя, через время на
место атома поверхностного слоя переходит атом и глубокого слоя, и вакансия
перемещается в глубь кристалла.
Линейные дефекты – дислокации. Краевая дислокация – сдвиг на одно
межатомное расстояние одной части кристалла относительно другой вдоль какой
либо плоскости. Сдвиг создавший краевую дислокацию - < вектор сдвига.
Экстраплоскость – лишний атомный слой. В близи экстраплоскости внутри
кристалла решётка сильно искажена. Если экстраплоскость находится в верхней
части кристалла, то дислокация наз. положительной (+), а если наоборот то
наз. отрицательной (+). Вектор Бёркинса (в) –явл. хар-кой дислокации по
которой определяют энергию дислокации и меру искажённости кристаллической
решётки дислокацией. Скольжение дислокации – перемещение дислокации по
плоскости скольжения под действием касательных напряжений (в ГЦК – {111},
в ГПУ {001} ). Винтовая дислокация – атомная плоскость
закрученная вокруг линии в виде геликоида. Для винтовой дислокации ось
(линия) дислокации параллельна вектору Бёркинса, а направление
перпендикулярно. Плотность дислокации – суммарная линия
дислокаций в единице объёма
[pic].
Поверхностные дефекты – границы зёрен и субзёрен (это поверхность по обе
стороны от которой кристаллические решётки различаются пространственной
ориентацией). 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. Субзёрна –
разоерентированные зоны (на разные углы) зерна. Блок – часть зерна с
идеальной кристаллической решёткой.
