Файл: Теория - ткм.doc

1.4. Кристаллографическое направление и атомные плоскости.

При детальном анализе кристаллической структуре материала часто возникает необходимость задавать то или иное направление в кристалле. Выделять отдельные узлы кристаллической решетки, а также целые атомные плоскости.

Для этого, прежде всего, необходимо выбрать систему координат в кристалле.

Обычно оси системы координат направляют вдоль ребер элементарной ячейки А, В, С.

Втаком случае на рисунки 2 каждому узлы кристаллической решетки будет соответствовать свой радиус векторr

r=ma+nb+pcгдеm,n, р – целые числа.

z

с r

rby

а

x

Рис 2

Этот вектор задает конкретное направление в кристалле. В данном случае числа m,n,pназываются индексами кристаллографического направления и помещают их в квадратные скобки [m,n,p]. Те же числаm,n,pзаключенные в двойные скобки означают координаты конкретного угла, в который упирается соответствующий радиус вектора [[m,n,p]]. Если числаm,n,pполучаются отрицательными, то знак минус ставится над соответствующей цифрой. Для примера укажем координаты некоторых узлов и индексы некоторых направлений

.

z[[0 0 3 ]]

[ 0 2 1] [ 0 1 1 ] [[ 0 3 1 ]]

[[0 1 0 ]]

y

в эту точку мысленно смещаем систему

координат и определяем координаты точки

Рис 3

[ 1 1 0 ]

[[ 0 0 2 ]]

Положение атомной пластины в кристалле определяется по длине отрезка ОА, ОВ, ОС которые она отсекает на координатных осяхx,y,z

Длину этих отрезков указывают в единицах периода С кристаллической решетки a,b,c(все буквы малые)

ОА = ma= 1/а

В ОВ = nb= 1/bh,k,l.

yОС =pc= 1/c

A затем находятся числа обратные m, n, p. Эти числа

x приводятся к общему знаменателю, который затем

отбрасывается, в результате остаются числители h, k, l которые и являются индексами атомной плоскости. Эти индексы заключают в круглые скобки и обычно называют индексами Миллера. Если атомные плоскости не пересекают хоть одну из осей координат, то для нее соответствующей индекс равен 0. Если индексы плоскости получаются отрицательные, то знак минус ставят над цифрой.

Для примера укажем индексы некоторых плоскостей.

z

COA= 2a= 1/2 = 3/6 = 3

OB= 3b= 1/3 = 2/6 = 2

у этой плоскости OC= 2c= 1/2 = 3/6 = 3

индексы (3 2 3)

В

y

Рис 5

x

z

индекс (0 0 1) индекс (1 1 1)

y

(0 1 0) или (0 1 0) х (0 2 0) ( 0 3 0)

Рис 6

или (0 1 0)

(0 1 0), (0 2 0), (0 3 0), (0, 1 0) и т. д . это по сути одна и та же плоскость. Это зависит от того, где будет находиться система координат.

Если кристалл кубический то плоскости (0 1 0), (0 0 1), (1 0 0) являются эквивалентными, то есть одни и те же, так как тут кубическая симметрия. Совокупность физически эквивалентных плоскостей называют семейством плоскостей. Индексы Миллера этого семейства плоскостей помещают в фигурные скобки {0 0 1}, {1 0 0}.

1.5. Анизотропия свойств у кристаллов.

Анизотропия – это зависимость свойств материалов от направления.

Абсолютно все кристаллы обладают анизотропией свойств или по-другому являются анизотропными.

Причина этого заключается в специальном физическом атомном строение этих материалов. Атомы в кристаллах в разных направлениях располагаются с разной плотностью (то есть находятся на разных расстояниях) и по-разному взаимодействуют.

В результате свойства кристаллов в различных направлениях оказываются различными.

Анизотропия распространяется практический на все свойства кристаллов так, например кристалл в одном направление может быть менее прочным, чем в другом. Лучше проводят электрический ток, свет, тепло и т. д. Чем ниже симметрия, тем ярче, сильнее проявляется анизотропия свойств. Больше анизотропия проявляется у материалов с триклинной симметрией, а у материалов с кубической симметрией анизотропия проявляется меньше.

В аморфных материалах атомы, располагаясь хаотично, распределяются в разных направлениях примерно с одной плоскостью.

Поэтому и свойства аморфных тел в разных направлениях одинаковы.

Говорят, что аморфные материалы являются изотропными.

Тема №2: Структура металлов.

2.1. Общая характеристика и классификация металлов.

В химии под металлами понимают элементы расположенные в левой части таблицы Менделеева. Атомы этих элементов имеют на внешней электронной оболочки небольшое число электронов слабо связанных с ядром.

Вступая в химические взаимодействия с неметаллами, атомы металлов легко отдают им свои валентные электроны и, становятся положительно заряженными ионами.

В технике под металлами понимают материалы, обладающие целым комплексом специфических свойств:

• Механические (высокая твердость, плотность, пластичность и т. д.)

• Технологические (деформация, литье сварка и т. д.)

• Физические (металлический блеск, высокая тепло и электропроводность и т. д.)

Атомы металлов в твердом состояние связаны между собой особым типом связи которая называется металлической.

При установлении такой связи происходит обобществление или коллективизация всех валентных электронов атомами металлов.

Сами атомы при этом становятся положительно заряженными ионами.

- отрицательно заряженные

Валентные электроны, потерявшие связь с

отдельными атомами оказываются принадле-

жащему как бы всему металлу в целом и формируют так называемый электронный газ или жидкость.

Благодаря этому электронному газу у металлов наблюдается высокая теплопроводность, а также металлический блеск и пластичность.

Все металлы можно разделить на две большие группы: черные и цветные металлы.

Черные металлы имеют характерный темно серый цвет, относительно высокую твердость и температуру плавления.

Цветные металлы имеют характерную окраску (белый, желтый или красный) и отличаются относительно низкой твердостью и температурой плавления.

Сами черные металлы можно разделить на пять групп:

1. Металлы группы железа, имеют температуру плавления примерно 1539⁰С. К ним относят: железо (Fe), кобольд (Co), никель (Ni), марганец (Mn).

Железо составляет основу наиболее распространенных в технике сплавов (чугун, сталь)

Кобольд, никель, марганец входят в состав легированных сталей в качестве добавок.

2. Тугоплавкие металлы, имеют температуру плавления 3000-3500⁰С. К ним относят: титан (Ti), ванадий (V), хром (Cr), вольфрам (W). Эти металлы используют в качестве добавок в легированных сталях, либо составляют основу специальных сплавов, например, титановые сплавы используют в строительстве самолетов и ракет, так как они легкие и прочные, вольфрам используют для нитей накала.

3. Урановые металлы– актинойды, например, уран. В основном используют для сплавов в атомной энергетике.

4. Редко земельные металлы – лантанойды. Используют как добавки для специальных сплавов обладающих уникальным комплексом свойств (электрическим, магнитным и т. д.)

5. Щелочные металлы, например, литий (Li), натрий (Na), калий (K) и т. д.Dв свободном виде из-за своей активности не используется.

Цветные металлы подразделяются на следующие 3 группы:

1. Легкие металлы, например, бериллий, магний, алюминий. Обладают низкой плотностью. Алюминий один из наилучших проводников электрического тока.

2. Благородные металлы, например, золото, серебро, платина и т. д. Все эти металлы отличаются высокой карозиоционной стойкостью и пластичностью. Медь и серебро являются наилучшими проводниками электрического тока. Медь используют в проводки.

3. Благородные металлы, например, олово (Sn), свинец (Pb), цинк (Zn), ртуть (Hg). У этих металлов низкая температура плавления всего 300-400⁰С. олово и свинец используют в качестве припоев. Цинк как защитное покрытие. Ртуть используют в термометрах.