1.2.Кристаллическое строение металлов

Всякое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях -твердом, жидком и газообразном.

Твердое вещество под воздействием сил тяжести сохраняет форму, а жидкое растекается и принимает форму сосуда. Однако это определение недостаточно для характеристики состояния вещества. Переход из твердо­го в жидкое и из жидкого в твердое состояние (так же как из газообраз­ного в жидкое) происходит при определенной температуре и сопровождает­ся резким изменением свойств.

В чем же различие между газообразным, жидким и твердым состояния- ми?

В газах нет закономерности расположения частиц (атомов, молекул);частицы хаотически двигаются, отталкиваются одна от другой и газ стре­мится занять возможно больший объем.

В твердых телах порядок расположения атомов определенный, законо­мерный, силы взаимного притяжения и отталкивания уравновешены, и твер­дое тело сохраняет свою форму.

В жидкости частицы ( атомы, молекулы ) сохраняют лишь так называ­емый ближний порядок, т.е. в пространстве закономерно расположено наи­большее количество атомов, а не атомы всего объема, как в твердом те­ле. Ближний порядок неустойчив: он то возникает, то исчезает под дейс­твием тепловых колебаний. Таким образом, жидкое состояние является как бы промежуточным между твердым и газообразным; при соответствующих условиях возможен непосредственный переход из твердого состояния в газообразное без расплавления - сублимации.

Правильное, закономерное расположение частиц (атомов, молекул) в пространстве характеризует кристаллическое состояние. Кристаллическое строение можно представить себе в виде пространственной решетки, в уз­лах которой расположены атомы.

1.3.Кристаллические решетки металлов

Кристаллическое состояние прежде всего характеризуется определен­ным, закономерным расположением атомов в пространстве.

Это обуславливает то, что в кристалле каждый атом имеет одно и то же количество ближайших атомов - соседей, расположенных на одинако­вом от него расстоянии. Стремление атомов (ионов) металла расположиться ближе друг к другу, плотнее, приводит к тому, что число встречающихся комбинаций взаимного расположения атомов металла в крис­таллах невелико.

Расположение атомов в кристалле весьма удобно изображать в виде пространственных схем, в виде так называемых кристаллических ячеек. Под элементарной кристаллической ячейкой подразумевается наименьший комплекс атомов, который при многократном повторении в пространстве позволяет воспроизвести пространственную кристаллическую решетку .

Простейшим типом кристаллической ячейки является кубическая ре­шетка. В простой кубической решетке атомы расположены ( упакованы) не­достаточно плотно (рис.1.1 ,а).

Стремление атомов металла занять места, наиболее близкие друг к другу, приводят к образованию решеток других типов: кубической объемноцентрированной, кубической гранецентрированной и гексагональной плотноупакованной (рис.1.1 ).

В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК) атомы располо­жены в углах куба и один атом в центре объема куба. В гранецентрированной кубической решетке (ГЦК) атомы расположены в углах куба и в цент­ре каждой грани, в гексагональной решетке атомы расположены в углах и центре шестигранных оснований призмы и три атома в средней плоскости призмы.

Кубическую ОЦК решетку имеют металлы: Na, Li, W, V, Cr и др. Кубичес­кую ГЦК решетку имеют Pb, Ni, Ag, Au, Cu и др.

Размеры кристаллической решетки характеризуются параметрами, или

периодами решетки. Кубическую решетку определяет один параметр - длина ребра куба. Параметры имеют величины порядка атомных размеров и изме­ряются в ангстремах. Например, параметр решетки хрома, имеющего структуру объемноцентрированного куба, равен 2,878 А, а параметр решетки алюминия, имеющего структуру гранецентрированного куба, 4,041 А.

Размеры гексагональной плотноупакованной решетки характеризуются постоянным значением с/а=1,633. При иных значениях с/а получается не плотноупакованная гексагональная решетка.

Некоторые металлы имеют тетрагональную решетку; она характеризу­ется тем, что размер ребра «с» не равен размеру ребра «а». Отношение этих параметров ха­рактеризует так называемую степень тетрагональности. Число атомов, находящихся на наиболее близком расстоянии от дан­ного атома, называется координационным числом. Например, атом в простой кубической решетке имеет шесть ближайших равноотстоящих сосе­дей, т.е. координационное число этой решетки равно 6 (рис. 1.2 ).

Центральный атом в объемноцентрированной решетке имеет восемь ближайших равноотстоящих соседей, т.е. координационное число этой ре­шетки равно 8. Координационное число для гранецентрированной решетки равно 12. В случае гексагональной плотноупакованной решетки координа­ционное число равно 12.