6. Кристаллические тела и их структуры.

При процессе плавления и затвердевания кристаллических и аморфных тел, можно заметить, что крист-ие тела имеют точку плавления, при которой вещество находится в устойчивом состоянии в обеих фазах. Аморфные тела такой точки не имеют. Они, постепенно размягчаясь при нагревании, переходят в жидкое состояние.

В нутренняя энергия будет больше у жидкого состояния.

Обратный процесс кристаллизации может происходить только в случае, если от системы жидкость-кристалл будет отводиться энергия.

Как видно на кривой нагревания аморфного тела нет горизонтального участка, а наблюдается лишь точка перегиба. Температуру, соответствующую этой точке называют температурой размягчения аморфного тела.

Иногда, для объяснения затвердевания веществ пользуются представлением, что при переходе вещества из жидкого состояния в твёрдое происходит сближение атомов, которое приводит к увеличению сил сцепления между ними, что в конечном итоге создаёт твёрдость вещества. Но это мнение ошибочное. Например, некоторые вещества при кристаллизации увеличиваются в объёме, следовательно, расстояние между соседними атомами в твёрдой фазе будет больше, чем в жидкой фазе (вода, висмут, сурьма). Тем не менее, и в этих веществах в твёрдой фазе атомы прочнее связаны между собой. Таким образом, можно утверждать, что решающим фактором в процессе отвердевания кристаллических тел является не уменьшение расстояния между соседними атомами, а увеличение сил связи между частицами, которые возникают при упорядочении расположения их в кристалле.

При охлаждении нагретой жидкости наблюдается ещё одно явление – переохлаждение жидкости. Жидкость, охлаждаясь до точки С, не всегда начинает закристаллизовываться. Она может оставаться в жидком состоянии, охлаждаясь на 10-100^° ниже температуры кристаллизации. Дело в том, что для начала кристаллизации внутри жидкой фазы должны быть центры кристаллизации, основы того порядка, который свойственен кристаллической фазе данного вещества. Например, при охлаждении небольшого количества жидкого металла (Ni) в вакууме (в жидком состоянии этот металл имел шарообразную форму) эта капля становится тёмно-вишнёвого цвета. Потом эта капля вспыхивает и становится тёмной. Это вызвано переохлаждением.

Физические свойства кристаллических тел анизотропны – зависят от направления относительно кристаллографических осей. Это свойство можно обнаружить, если измеряются свойства монокристалла.

7. Дефекты кристаллического строения металлов

Начиная с середины 30-х годов 20 века, стал быстро возрастать интерес к отступлениям от правильного кристаллического строения, к разного рода дефектам решётки. Накапливалось всё больше данных, свидетельствующих о том, что эти дефекты оказывают решающее влияние на прочность и пластичность металлов и сплавов, а также на многие другие свойства. Представления о дефектах в металлических кристаллах, которые раньше были гипотетическими или формировались на основе чисто теоретических анализов и косвенных фактов, теперь получили прямое экспериментальное подтверждение. Были получены изображения вакансий, межузельных атомов или отдельных атомных слоёв в области дислокаций.

Для металловедения наиболее существенно то, что стало возможно экспериментально определить количество и расположение разного типа дефектов непосредственно в промышленных сплавах, получить появление, исчезновение дефектов при литье, обработке давлением, термообработке и эксплуатации изделий. Это не только позволило глубже понять поведение металлических материалов в разных условиях обработки и эксплуатации, но и открыло новые возможности для целенаправленного формирования оптимальной структуры, обеспечивающей заданные свойства материала.

Без использования представлений о дефектах в реальных металлах кристаллитов немыслимо изучать пластическую деформацию металлов и сплавов, упрочнение, разрушение, рекристаллизацию и др.

Дефекты кристаллического строения подразделяют по геометрическим признакам на точечные, линейные, поверхностные и объёмные.

Т очечные дефекты малы во всех трёх измерениях. Их размеры не больше нескольких атомных диаметров. К точечным дефектам относятся вакансии, межузельные атомы, примесные атомы и их комплексы.

Линейные дефекты имеют атомные размеры в двух измерениях, а в третьем измерении они значительно большего размера, которые могут быть соизмеримы с размерами кристалла. К линейным дефектам относятся дислокации, дисклинации, цепочки вакансий, цепочки межузельных атомов.

Поверхностные дефекты малы только в одном измерении (толщина). К ним относятся границы зёрен, границы субзёрен и двойников, дефекты упаковки, границы доменов в сверхструктуре.

Точечные, линейные и поверхностные дефекты являются микроскопическими дефектами хотя бы в одном измерении, их протяжённость измеряется атомными диаметрами. В отличие от них, объёмные дефекты в атомном масштабе являются макроскопическими.