Свойства тел кристаллического строения.
1. Благодаря правильному расположению атомов, кристаллические тела могут приобретать правильную форму, соответствующую той или иной геометрической фигуре.
Правильная внешняя форма, получаемая при определенном взаимном расположении атомов, называется полным кристаллом, илимонокристаллом.Обычно кристаллы имеют неправильную внешнюю форму, и тогда их называют кристаллитами,илизернами.
2. Упорядоченное расположение атомов в кристаллической решетки позволяет четко выделить отдельные кристаллографические направления и плоскости.
Кристаллографическими направлениями являются прямые или лучи, выходящие из какой либо точки отсчета, вдоль которых на определенном расстоянии друг от друга располагаются атомы. Точками отсчета могут служить вершины куба, при этом кристаллографическими направлениями, являются его ребра и диагонали граней.
Кристаллографическими плоскостямиявляются плоскости, на которых лежат атомы, например, грани куба или его диагональные плоскости (Рис.7.).
Рис.7.Основные кристаллографические плоскости: а – плоскость додэкаэдра, б – плоскость октаэдра, в – плоскость куба.
Если рассмотреть расположение атомов в различных плоскостях кристаллической решетки, то обнаружится, что насыщенность атомов в различных плоскостях кристаллической решетки неодинакова; неодинаковы также междуатомные расстояния. Этим объясняется различие свойств металлов в разных плоскостях кристаллической решетки, называемое анизотропией (анизотропностью) кристаллов. Аморфные тела имеют беспорядочную насыщенность атомов в различных плоскостях решетки. Поэтому их свойства одинаковы во всех направлениях плоскостей кристалла – они изотропны.
|
|
|
Кристаллы в металле могут ориентироваться правильно, либо неправильно. При правильной ориентировки одинаковые кристаллографические плоскости совпадают, при неправильной - не совпадают. Чаще всего ориентировка кристаллов бывает неправильная. Поэтому свойства металлов получаются в среднем одинаковые во всех направлениях плоскостей тела. Такие тела называются квазизотропными.
3. Некоторые металлы, например железо, титан, олово и другие, способны по достижению определенных температур изменять свое кристаллическое строение, перестраивая тип элементарной ячейки (Рис.8.). Данное явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическимиили полиморфными. Сущность аллотропии состоит в том, что при определенных температурах в твердом металле возникают новые центры кристаллизации, в процессе роста которых образуется новая решетка. Формирование новой решетки происходит с поглощением тепла при нагревании и с выделением тепла при охлаждении. Поэтому в период перестройки решетки температура остается неизменной. Различные формы кристаллической решетки для данного металла называются модификациями.Эти модификации обозначают буквами α, β,γ, δ.
|
|
|
Рис.8.Кривая охлаждения чистого железа и его аллотропические изменения.
Кристаллизация металлов
Переход металла из жидкого состояния в твердое состояние называется первичной кристаллизацией.Она протекает вследствие перехода системы из термодинамически неустойчивого состояния в термодинамически устойчивое состояние, т.е. из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Энергетическое состояние системы принято характеризовать свободной энергией. Свободной энергией называется часть полной энергии вещества, которая обратимо изменяет свою величину при изменении температуры, полиморфных превращений, плавлении и т.д. при равновесной температуре ТS величины свободной энергии металла в жидком и твердом состоянии равны; металл в обоих состояниях находится в равновесии. При температуре выше ТS более устойчив жидкий металл, имеющий меньший запас свободной энергии, а ниже этой температуры устойчив твердый металл. Процесс кристаллизации будет развиваться в том случае, если жидкий металл охладить ниже ТS. Разность между равновесной температурой ТS и фактической температурой ТК называетсястепенью переохлаждения.
|
|
|
∆Т = ТS - TK.
Впервые процессы кристаллизации были изучены русским ученым Д.К.Черновым, который дал теоретическое обоснование всех важнейших превращений, происходящих в жидком металле при переходе его в твердое состояние. Выводы Д.К.Чернова получили практическое применение и послужили базой для современного учения о кристаллизации. Сущность этого учения состоит в следующем.
В жидком металле происходит постоянное движение атомов. По мере понижения температуры это движение замедляется, атомы начинают сближаться, группироваться, образуя первичные кристаллы, которые получили название зародышей, или центров кристаллизации (Рис.9.). Затем происходит рост кристаллов вокруг этих центров за счет жидкого металла. Одновременно продолжается образование новых центров кристаллизации. Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: 1) образование центров кристаллизации; 2) рост кристаллов вокруг этих центров.
|
|
|
Рис.9.Последовательные этапы процесса кристаллизации
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 206; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!