Реферат: Структура и свойство материалов (из конспекта лекций)
Реферат: Структура и свойство материалов (из конспекта лекций)
Симметрия –
общее свойство материала. Характеризуется: 1). центром симметрии
( I ), 2). плоскостью симметрии (m), 3). осью симметрии (n).
1). Это некая
точка m многогранника, которая хар-ся тем, что при пересечении многогранника
отсекает одинаковые части. 2). Это плоскость, которая пересекает
многогранник и разделяет на 2 равные зеркальные части. 3). Это ось,
которая проходит через ось (центр тяжести) при повороте кристалл совмещается
сам с собой. n=360/α
(В кристаллах встречаются лишь оси симметрии 1,2,3,4 и
6 порядка. Отсутствуют 5 и 7).
Направление – [ ];
Эквивалентные направления - < >; Совокупность плоскостей - { };
Плоскость – ( ).
Гранецентрированная кубическая структура (ГЦК)
– благородные (медь, серебро, золото), многовалентные (алюминий, свинец),
переходные (никель, продий, палладий, иридий, платина). Каждый атом имеет
12 ближайших соседей на расстоянии а/ 2. Доля пространства заполнения шарами
η=74%. Коэф. 0,74 – соответствует наиболее плотной упаковки в случае
равновеликих шаров. Плотноупакованная направление в ГЦК – (101), а
плотноупакованная плоскость – (111).
Гексаганально плотно
упакованная структура (ГПУ) – переходные (скандий, титан, цирконий),
двухвалентные (магний, цинк, кадмий). Координационное число – 12, (с/а=
8/3). Коэф. Компактности η=74%.
Объёмоцентрированная кубическая структура (ОЦК)
– щелочные (литий, натрий, калий, рубидий, цезий), переходные (бром, ванадий,
железо и цирконий некоторых t интервалов). Каждый атом имеет 8 ближайших
соседей на расстоянии (а 2)/2. Плотноупакованная направление – (111),
плотноупакованной плоскости нет. Коэф. Компактности η=68%. Это означает
что, ячейка занята на 68%.
В ОЦК структуре кол-во пустот n=4. Октоэдрические
пустоты – в центре куба и посередине рёбер, и окружены 6 атомами. Размер октоэдрической
пустоты r0=0,41R. Тетраэдрические пустоты вторые по размеру, rТ=0,225R.
В ГЦК располагаются по 2 на каждой диагонали. На элементарную ячейку приходится
8 тетраэдрических пустот. ГПУ – имеет октоэдрические и тетраэдрические пустоты
(rТ=0,225R , r0=0,154R). ОЦК - rТ=0,291R. В
ОЦК больше пустот и большего размера, чем в ГЦК.
Закон поглощения или ослабления рентген. лучей в диф. форме: .
В интегральной форме . μ
– коэф. Пропорциональности ослабления либо поглощения лучей.
Дефекты:
точечные (нульмерные) малы во всех 3
измерениях – вакансии, межузельные атомы; линейные (одномерные) малы в
двух измерениях, а в третьем они большего размера (на длину зерна) –
дислокации, цепочки вакансий, межузельные атомы; поверхностные
(двумерные) малы только в одном измерении – границы блоков и зёрен. Точечные,
линейные и поверхностные явл. микроскопическими дефектами т.е. в одном
направлении измеряется атомными диаметрами. Объёмные (трёхмерные) – макроскопичны
– поры и трещины. Вакансия – место с которого атом сместился из узла
решетки. Если в кристалле N атомов и n вакансий то равновесная
концентрация вакансий . В металлических
материалах основной точечный дефект – вакансии, т.к. энергия образования
междоузельного дефекта меньше энергии вакансии.
Образование точечных: дефектов: по механизму Френкеля – вакансии и межузельный атом могут одновременно
образовываться при перемещении атома из его нормального положения в узле
решётки (при облучении ядерными частицами); по механизму Шоттки – атом
приобретает избыток Е от соседних атомов, выходит на поверхность и занимает
узлы нового слоя, через время на место атома поверхностного слоя переходит атом
и глубокого слоя, и вакансия перемещается в глубь кристалла.
Линейные дефекты – дислокации. Краевая дислокация – сдвиг на одно
межатомное расстояние одной части кристалла относительно другой вдоль
какой либо плоскости. Сдвиг создавший краевую дислокацию - ← вектор
сдвига. Экстраплоскость – лишний атомный слой. В близи экстраплоскости
внутри кристалла решётка сильно искажена. Если экстраплоскость находится в
верхней части кристалла, то дислокация наз. положительной (┴), а если
наоборот то наз. отрицательной (┬). Вектор Бёркинса (в) –явл.
хар-кой дислокации по которой определяют энергию дислокации и меру искажённости
кристаллической решётки дислокацией. Скольжение дислокации – перемещение
дислокации по плоскости скольжения под действием касательных напряжений (в ГЦК
– {111}, в ГПУ {001} ). Винтовая дислокация
– атомная плоскость закрученная вокруг линии в виде геликоида. Для винтовой
дислокации ось (линия) дислокации параллельна вектору Бёркинса, а направление
перпендикулярно. Плотность дислокации – суммарная линия
дислокаций в единице объёма
.
Поверхностные дефекты – границы зёрен и субзёрен (это поверхность по обе
стороны от которой кристаллические решётки различаются пространственной
ориентацией). Типы границ зёрен: граница наклона (ось вращения лежит в
плоскости границы зёрен) и границы кручения (ось вращения перпендикулярна этой
плоскости). Границы с разориентацией соседних зёрен менее 10° - малоугловые, а
с большей разориентацией – высокоугловые. Субзёрна – разоерентированные
зоны (на разные углы) зерна. Блок – часть зерна с идеальной
кристаллической решёткой.
|