 |
|
Атомно-кристалічна будова металів
Усі матеріали в твердому стані вважають тілами. Тіла, в яких атоми розміщені не в порядковано, називають аморфними (скло, віск, смола, каніфоль та ін.). До кристалічних тіл належать усі метали та їхні сплави, які характеризуються упорядкованим положенням атомів. У металах і металевих сплавах атоми перебувають у зв'язках — просторових кристалічних ґратках (комірках).
Найхарактернішими для металів є три типи кристалічних ґраток: об'смоцентрична кубічна (о. ц.к.), гранецентрична кубічна (г. ц.к.), гексагональна щільноупакована (г. щ.у.).
Метали, наприклад V, W, Cr, Fe, Mo, К, кристалізуються у системі о. ц.к. (мал. А), метали Ag, А1, Cu, Ni — г. ц.к. (мал. б), а метали Co, Zn, Ті, Be, Cd — г. щ.у. (мал. В).
Відстань між центрами атомів, розташованих на ребрі кристалічної ґратки, називають параметром ґратки. Параметри кристалічних ґраток дуже малі, тому їх вимірюють в ангстремах А° (1 А° = 10-8см).
У деяких металах (залізо, олово, нікель та ін.) при нагріванні відбуваються зміни в будові кристалічної ґратки одного й того самого металу, тобто перебудова атомів у просторі і зміна форми кристалічної ґратки.
Існування одного й того самого металу в різних кристалічних формах за різних температур (модифікацій) називають поліморфізмом, а перехід з однієї модифікації в іншу — поліморфним, або алотропічним, перетворенням.
Алотропічні перетворення металів позначають літерами грецького алфавіту: α, β, γ, δ та ін.
Кристалічні ґратки охолодження заліза характеризують алотропічні перетворення. За температури 1539 °С відбувається первинна кристалізація заліза. При цьому утворюється δ-залізо з кристалічною ґраткого о. ц.к. При 1392°С ґратка о. ц.к. перетворюється на г. ц.к. і утворюється γ-Залізо. В проміжку 1392...911°С залізо перебуває в алотропічній формі γ-залізо. За температури 911°С г. ц.к. ґратка γ-залізо перетворюється на о. ц.к.
Ґратку β. Температура 768°С (точка Кюрі) пов'язана не з кристалізацією, а лише зі змінами магнітних властивостей (нижче за 768 °С залізо стає магнітним).
У різних кристалографічних площинах, проведених через центри атомів у кристалічних ґратках, число атомів і відстані між ними неоднакові. Наприклад, у площині, проведеній через основу г. щ.у., розміщено сім, а в площині її грані — чотири атоми. У зв'язку з цим властивості монокристалів (одиничних кристалів у вигляді геометрично правильної фігури багатогранника) у різних напрямках неоднакові. Таке явище називають Анізотропією.