Кристаллическое строение металлов. Полиморфизм

Как охарактеризовать атомно-кристаллическое строение металлов?

Общее свойство металлов и сплавов – их кристаллическое строение, характеризующееся дальним порядком - определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением одной элементарной ячейкой (выделена жирными линиями на рис. 1), повторяющейся в трех измерениях.

                                                               Рис. 1. Кристаллическая решетка

 

В точках пересечения прямых линий располагаются элементарные частицы (атомы, ионы); они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов в соседних узлах, называют параметрами или периодами решетки. Период решетки выражается в нанометрах (1нм = 10^-9 см).

Какие типы элементарных ячеек кристаллических решеток  наиболее характерны для металлов?

 В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Наиболее характерны  для металлов три типа элементарных ячеек кристаллических решеток: (ГЦК), (ОЦК) и ГПУ) (Рис.2).

 

                  

Рис. 2. Типы элементарных ячеек кристаллических решеток металлов и схемы упаковки в них атомов

а – гранецентрированная кубическая (ГЦК);б – объемно центрированная кубическая (ОЦК);

в – гексагональная плотноупакованная (ГПУ) решетка;

 

В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (Pb, Ni, Ag, Au, Pt, Feγ, Cu и др.)

В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК) атомы расположены в вершинах куба, а один – в центре его объема (Feα, Tiβ, W, V, Cr, Nb и др.).

В гексагональной плотноупакованной решетке (ГПУ) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы (: Mg, Tiα, Zn, Cd, Be и др.).

Для характеристики кристаллических решеток введены понятия базиса решетки, координационного числа и коэффициента компактности.

 1.1.3.Что называют базисом решетки?

Базисом решетки называют количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку.

  На одну элементарную ячейку ОЦК решетки приходится два атома: один в центре куба и другой атом вносят атомы в вершине куба (рис.3).

                                                                   

                               Рис. 3. Схема определения базиса ОЦК решетки.

 

Каждый атом в вершине куба одновременно принадлежит восьми сопряженным элементарным ячейкам, и на данную ячейку приходится лишь 1/8 массы этого атома, а на всю ячейку 1/8 x 8 = 1 атом. На элементарную ячейку ГЦК решетки приходится четыре атома; из них один вносят атомы в вершинах куба (1/8 х 8 = 1 атом), а три суммарно (1/2 x 6 = 3 атома) вносят атомы на середине грани, так как каждый из таких атомов принадлежит двум решеткам.

На элементарную ячейку гексагональной плотноупакованной решетки приходится шесть атомов (3 + 1/6 х 12 + ½ х 2 = 6).