ТЕМА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

ПЛАН

• 1) Металлы. Особенности кристаллического строения
• 2) Понятие об изотропии и анизотропии
• 3) Аллотропия или полиморфные превращения
• 4) Магнитные превращения
• 5) Дефекты кристаллического строения
• 6) Кристаллизация металлов
• 7) Методы исследования металлов

1) МЕТАЛЛЫ. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

• Материаловедение– наука, изучающая строение и свойства материалов и устанавливающая связь между составом, строением и свойствами, а также разрабатывающая пути воздействия на их свойства с целью повышения их качества, которое связано с применением внешних воздействий (тепловое, механическое, химическое).
• Предмет изучения материаловедения состоит из двух частей: металлические и неметаллические материалы.

1) МЕТАЛЛЫ. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

• Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств.
• Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, т.е. укладка атомов в них характеризуется определенным порядком периодичностью. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка.

​

1) МЕТАЛЛЫ. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

• Кристаллическая решетка – это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело (атомы).
• Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно выстроить весь кристалл.

РИС. 1.1.1. СХЕМА КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКИ

Элементарная ячейка

РИС. 1.1.2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕШЕТОК

• А) Объемно-центрированная кубическая (ОЦК)

(ванадий, вольфрам, титан)

• Б) Гранецентри-рованная кубическая (ГЦК)

(золото, серебро)

• В) Гексагонально-плотно упакованная (ГПУ)

(цинк)

2) ПОНЯТИЕ ОБ ИЗОТРОПИИ И АНИЗОТРОПИИ

• Свойства тел зависят от природы атомов и от силы взаимодействия и расстояниями между ними.
• Изотропия – одинаковость физических свойств во всех направлениях.
• Анизотропия – неодинаковость физических свойств среды (тела) в различных плоскостях кристаллографической решетки, вызванные неодинаковыми расстояниями между атомами.

3) АЛЛОТРОПИЯ ИЛИ ПОЛИМОРФНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

• Аллотропия (или полиформизм) – это способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура).
• Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.
• Например, зависимость железа от температуры:
• При t < 911ºС – ОЦК
• При 911 < t < 1392ºС – ГЦК
• При 1392 < t < 1539ºС – ОЦК

4) МАГНИТНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

• Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма.
• К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.
• При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определенной температуре (точка Кюри) исчезают (для железа точка Кюри 768 ºС). Выше этой температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры.

5) ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ

• В кристаллической решетке реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов.
• Различают следующие дефекты:
• 1) Точечные
• 2) Линейные
• 3) Поверхностные
• К точечным относятся:
• А) Вакансия
• Б) Смещенный (дислоцированный) атом
• В) Примесные атомы (примеси)

РИС 1.1.4. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ�А) ВАКАНСИЯ

РИС 1.1.4. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ�Б) СМЕЩЕННЫЙ (ДИСЛОЦИРОВАННЫЙ) АТОМ

РИС 1.1.4. ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ�В) ПРИМЕСНЫЕ АТОМЫ (ПРИМЕСИ)

6) КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ

• Любое вещество может находится в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Возможен переход из одного состояния в другое.
• Кристаллизация металлов – это процесс фазового перехода из жидкого состояния в твердое, с образованием кристаллической решетки.
• Процесс кристаллизации протекает в две стадии:
• 1) Образование цетров кристаллизации,
• 2) Рост кристаллов вокруг этих центров.

РИС.1.1.6. МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

7) МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ:

• I-структурные и II-физические.
• I. Структурные:
• 1) Определение химического состава
• А) Спектральный анализ
• Б) Рентгеноспектральный
• 2) Изучение структуры
• А) Макроструктурный
• Б) Микроструктурный
• В) Тонкосруктурный (тонкое строение)
• II. Физические:
• 1) Термический
• 2) Диламометрический
• 3) Магнитный

СПАСИБО�ЗА ВНИМАНИЕ!