Кристалличесое строение вещества.
Понятие вещества и материала
Вещество – совокупность взаимосвязанных атомов, ионов или молекул.
Материал – один из видов вещества, который идёт на изготовление изделия и представляет собой промежуточный продукт переработки вещества в изделие. Этот продукт, как правило, отвечает потребностям конкретного производственного процесса, имеет сложный химический состав и (или) наперёд заданную внутреннюю структуру и внешнюю форму.
вещество – железо, медь, кремний, полиэтилен, глинозём;
материал – сталь (стальной прокат), медная фольга, полиэтиленовая плёнка, корундовая керамика.
В физике используют понятие твёрдое тело, понимая под этим вещество в твёрдом состоянии.
Содержание предмета материаловедение можно отразить общей формулой:
Состав – структура – свойства
Сост простых и сложных веществ. Виды хим связей.
Все простые вещества в соответствии с положением в периодической таблице элементов Менделеева делятся на металлы (80 элементов), полуметаллы и неметаллы.
Лишь немногие из металлов применяются в технике в элементарном виде.
Например, для реализации хорошей электропроводности: серебро Ag, медь Cu, золото Au, платина Pt, палладий Pd.
В основном, металлы используются в виде сплавов. Их количество огромно, свойства разнообразны, вследствие чего, создание новых сплавов является актуальной задачей.
Среди полуметаллов особое значение имеют элементарные полупроводники (13 элементов), такие как кремний Si, германий Ge, селен Se, серое олово Sn, углерод С в структуре алмаза с примесями и т.д.
|
|
|
Неметаллы (12 элементов) в элементарном виде практически не используются. 9 элементов из них – газы , 1 (Br) – жидкость, 2 (S, I) – летучие легкоплавкие элементы.
Существует 4 типа связи:
Ионная связь – отличается присвоением одним из элементов химического соединения валентных электронов второго.
Ковалентная связь – характеризуется равномерным распределением валентных электронов между атомарными остовами веществ, составляющих соединение.
Металлическая связь – характеризуется наиболее полным обобществлением валентных электронов. У металлов кристаллические решётки «погружены» в электронный газ.
Молекулярная связь – является наиболее слабой. Она обусловлена кулоновским взаимодействием между разно заряженными участками молекул.
Виды хим связей.
Ионная связь – отличается присвоением одним из элементов химического соединения валентных электронов второго.
Ковалентная связь – характеризуется равномерным распределением валентных электронов между атомарными остовами веществ, составляющих соединение.
|
|
|
Металлическая связь – характеризуется наиболее полным обобществлением валентных электронов. У металлов кристаллические решётки «погружены» в электронный газ.
Молекулярная связь – является наиболее слабой. Она обусловлена кулоновским взаимодействием между разно заряженными участками молекул.
В чистом виде химические связи практически не встречаются. Наблюдаются смешанные: ионно-ковалентная, ковалентно — металлическая.
Четыре аспекта понятия структуры материалов.
Понятие структура имеет 4 аспекта:
Степень упорядоченности в расположении микрочастиц.
Особенности их взаимного расположения.
Вид и концентрация кристаллических дефектов (дефектоструктура).
Состав и строение фаз.
По степени упорядоченности различают тела кристаллические и аморфные.
Кристалл – твёрдое тело, имеющее трёхмерное периодически правильное пространственное расположение микрочастиц, то есть дальний порядок.
Аморфное тело – тело, не располагающее дальним порядком. Однако считать аморфные тела хаотическими, неструктурированными – не правильно. В них наблюдается ближний порядок в расположении микрочастиц.
Границей, условно разделяющей кристаллические и аморфные тела, принято считать метод исследования упорядоченности структуры.
|
|
|
Существует рентгеноструктурный анализ, позволяющий засечь (найти) кристаллиты (упорядоченные области) в структуре материала размером 100 нм. Поэтому, применив этот метод, и не найдя признаков упорядоченности, говорят, что данное тело рентгеноаморфно.
Особенности взаимного расположения микрочастиц
Эти особенности изучает предмет кристаллография.
Минимальный повторяющийся объём кристаллический структуры называется элементарной ячейкой. Размер элементарной ячейки (период повторения) называется параметром элементарной ячейки.
Установлено 14 типов элементарных ячеек, которые различаются размерами рёбер, углами между рёбрами и т.д. Доказано, что другие геометрические тела не могут обеспечить полного заполнения
.Дефектоструктура
На практике можно утверждать: идеальных кристаллов не существует ни в природе, ни в технике.
Всё многообразие существующих дефектов структур можно разбить на два класса:
I Динамические (временные) дефекты. Оказывают существенное влияние, на них нельзя повлиять. Пример: фононы – кванты тепловой энергии – элементарное колебание атома в решётке.
II Статические (постоянные) дефекты. Их классифицируют по геометрическому признаку:
|
|
|
1.Точечные, 0-мерные. К точечными дефектам относятся дефекты связанные с единичными атомами. Выделяют: вакансии, атомы замещения и атомы внедрения.
2.Линейные, 1-мерные. К ним относят различные виды дислокаций: винтовые, сдвиговые, несовпадения и другие.
Дислокация это дефект который образовывается из-за отсутствующей полуплоскости.
3.Плоскостные, 2-мерные. Наиболее большим дефектом кристалла является его поверхность
4.Объёмные, 3-мерные. К ним относятся трещины, сколы, макропустоты, макровключения иной фазы.
Состав и строение фаз
Данный аспект лучше всего иллюстрируется теорией сплавов.
Кристалличесое строение вещества.
Кристалл – твёрдое тело, имеющее трёхмерное периодически правильное пространственное расположение микрочастиц, то есть дальний порядок.
Аморфное тело – тело, не располагающее дальним порядком. Однако считать аморфные тела хаотическими, неструктурированными – не правильно. В них наблюдается ближний порядок в расположении микрочастиц.
Монокристалл – единичный относительно крупный кристалл с совершенной структурой, заданными свойствами и полученный, как правило, искусственным путём.
Поликристалл – совокупность неориентированных относительно друг друга зёрен кристаллитов. При этом кристаллиты не являются монокристаллами, так как они не единичны, малы, их структура, как правило, искажена.
Свойства монокристалла в основном определяются природой вещества, а свойства поликристалла, помимо этого, зависят от размера кристаллитов, состава и структуры границ зёрен.
Граница зёрен – нарушение периодичности расположения микрочастиц, сопровождающееся появлением оборванных, ненасыщенных связей, которые сильно влияют на механические, химические и физические свойства материалов, в том числе и на электропроводность.
Порядки величин удельного сопротивления если принять удельное сопротивление монокристаллического проводника за единицу, то:
ρмонокристалла – 1, ρполикристалла – 10, ρаморфного тела – 100
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 250; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!