Структура и свойство материалов (из конспекта лекций)

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/?

(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 ?=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 ?=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 ?=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: [pic]. В

интегральной форме [pic]. ? – коэф. Пропорциональности ослабления либо

поглощения лучей.

[pic]

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 [pic].

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

[pic].

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.