Грачев С. В. Физическое металловедение / С. В. Грачев, В. Р. Бараз, А. А. Богатов, В. П. Швейкин. Екатеринбург: изд-во угту, 200 9 , 548 С.

Введение

 

Как известно, практически все вещества в природе могут находиться в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. При этом вполне обычным представляется их последовательный переход (например, при нагревании) из одного состояния в другое, т.е. по схеме "твердая фаза – жидкость – газ". Однако возможны и исключения. Так, йод при повышении температуры из твердого кристаллического состояния сразу превращается в газообразное. Наконец, известно также четвертое агрегатное состояние вещества в виде плазмы, представляющей собой сильно ионизированный газ.

Деление веществ на разные агрегатные состояния (газообразное, жидкое и кристаллическое) основано на особенностях сил межатомного (межмолекулярного) взаимодействия. В газовой фазе такие связи практически отсутствуют, взаимное распределение материальных частиц (атомов, молекул) носит хаотический характер с их непрерывным перемещением (рис.1, а). поэтому в свободном состоянии газовая фаза не сохраняет объем и не держит форму.

В жидкой фазе благодаря действию сил притяжения (хотя и сильно ослабленных) наблюдается геометрически правильное расположение материальных частиц в участках атомного масштаба, что принято называть ближним порядком, а сами микроскопические области упорядоченности - сиботаксисами. Благодаря этому в жидкой фазе сохраняется объем, но не поддерживается неизменной форма (рис.1, б).

В расплавах некоторых веществ такие упорядоченные группировки атомов (или молекул) могут распространяться и на макроскопические расстояния, что приводит к образованию так называемых жидких кристаллов.

  

	а		б		в

Рис.1. Расположение частиц в веществе, находящемся в различных агрегатных состояниях:

а - газ, б -жидкость, в - кристалл

	б				в

 

Наконец, в кристаллической фазе вследствие сильного межатомного взаимодействия возникает строгая взаимная координация материальных частиц, характеризующаяся их упорядоченным размещением в объемах, соизмеримых с размерами самих кристаллов (рис.1, в). В этом случае принято говорить о наличии дальнего порядка. При этом в кристаллической фазе сохраняются как объем, так и форма.

 Обычно название кристаллическая фаза ассоциируется с привычным термином твердое вещество. Однако между этими  понятиями есть определенное  различие.

Твердым принято называть такое вещество, которое обладает постоянством формы и размера и которое способно противодействовать внешним условиям, стремящимся вызвать деформацию. Характерным для твердого тела принято считать наличие определенных упругих свойств, и, следовательно, очевидным его признаком является величина модуля сдвига, отличная от нуля. Для жидкой же фазы модуль равен нулю, она не способна самопроизвольно, как было отмечено, "держать" форму и размер (но в противоположность газовой среде сохраняет, как и твердая фаза, неизменным объем).

В свою очередь, твердое тело может быть кристаллическим и аморфным. Кристалл характеризуется строгой пространственной периодичностью в расположении составляющих их материальных частиц (атомов или молекул). В аморфном же теле упорядоченное размещение частиц наблюдается лишь в микрообъемах. Следовательно, между этими состояниями имеется качественное различие – кристаллу свойственно наличие дальнего порядка в расположении атомов, а в аморфном твердом теле взаимное расположение соседних частиц аналогично тому, что наблюдается в жидкой фазе (ближний порядок).

В то же время между аморфным твердым телом и собственно жидкой фазой существует только количественное различие, которое оценивается таким физическим показателем, как вязкость (она характеризует способность жидкости оказывать сопротивление действию внешних сил). Так, аморфное вещество (стекло, смола и др.) можно рассматривать в качестве расплава (жидкой фазы) с очень высокой вязкостью. Аморфный материал не имеет четко выраженной температуры плавления, и поэтому при нагревании он постепенно размягчается до привычного жидкого состояния, что сопровождается плавным снижением величины вязкости.

  

Симметрия кристаллов