Кристален строеж


Категория на документа: Други


Кристален строеж - видове - видове кристални структури. Дефекти в кристалите. Кристализация.
Агрегатни състояния

Химичните елементи и голяма част от химичните съединения могат обратимо да преминават в твърдо, течно и газообразно състояние. Тези процеси се използват при преработката на материалите при различните технологии и от тази гледна точка трябва да се познават характерните особености на трите агрегатни състояния. За газообразното състояние е характерно отсъствието на определен обем и форма, като обема се определя от налягането на което е подложен газа. При високо налягане газа може да се свие до произволно малък обем. За газовете е характерно хаотичното движение на атомите ( йоните) като е възможно групиране на отделни атоми но тези връзки са нестабилни и бързо се разрушават, затова в газовете има пълен безпорядък на частиците. За газовете е характерна електронеутралността.
При течностите съществува близък порядък на подреждане на частиците, т.е. съседите на всеки атом са подредени по определена закономерност, а не в хаотично състояние. При течностите се формират малки групи от атоми в подредено състояние, които обаче не са стабилни и това е процес на формиране и разрушаване на атомните групи. Течностите се характеризират с определен обем (те са несвиваеми вещества), но не и с форма.
Твърдите тела се характеризират не само с близък порядък, но и с т.н. далечен порядък, което означава, че подреждането съществува не само на няколко междуатомни разстояния, но и на десетки и стотици хиляди атомни параметъра т.е. изгражда се кристална решетка., в която атомите са подредени плътно в зависимост от вида на веществото, температурата и налягането. Всички метали, множество керамични материали и някои полимери образуват кристална структура. Те се разглеждат като твърди тела, които имат определен обем, форма и свойства като еластичност, твърдост. Тези вещества, които при понижаване на температурата не преминават в кристално състояние се наричат аморфни т.е. изграждат само близък порядък на подреждане, а отсъства далечен. Например стъклото и смолите са аморфни и се разглеждат като преохладени течности, а не твърди тела.

Кристални решетки - елементарни клетки

Елементарната клетка на кристалната решетка е най-малката геометрична фигура, чрез пренасянето на която по трите пространствени оси може да се построи целия кристал. Всеки кристален вид се характеризира с определен вид кристална клетка, а всяка клетка с форма и размери определени от разстоянието между атомите и от ъглите които сключва помежду си кристалографските равнини. Тези разстояния и ъгли се наричат параметри на решетката. Важни характеристики на всяка кристална клетка са координационното число и броят на атомите, които я образуват. Координационно число /К/ се нарича броят на атомите, които са еднакво отдалечени и на най-малко разстояние спрямо даден атом. За металите са типични три кристални структури: обемноцентрирана кубична клетка с К8; стенноцентрирана кубична клетка К12; хексагонална плътно опакована с К12 Видът на решетката до голяма степен се определя от природата на междуатомните сили и други фактори. Най-плътни решетки се получават при метална връзка между атомите. При ковалентните и йонните кристали К е по-малко и съответно плътността.

Полиморфизъм

При кристализации от течно към твърдо състояние веществата изграждат определен вид кристална решетка, която при някои не се запазва при ниска температура. Тези вещества, които променят обратимо кристалната си структура при определени критични точки - температура и налягане се наричат полиморфни, а свойството полиморфизъм или алотропия. При промяната на подреждането на атомите в кристалната решетка се променят физичните, химичните и механичните свойства. За металите процесът се извършва при постоянна температура. Различните кристални форми се наричат полиморфни модификации.
Например Желязото е полиморфен метал с кристални решетки, които се променят при следните температури:
- ОЦК до 911 С
- СЦК 911 - 1392 С
- ОЦК 1392 - 1539 С

Въглеродът също притежава свойството полиморфизъм със следните модификации: Графитът е алотропна модификация на въглерода с хексагонална кристална решетка, която има смесен характер на връзките - частично метален и ковалентен характер, което обуславя добрата електро и топлопроводимост. Диамантът е другата модификация на въглерода с решетка тип"диамант" и с изцяло ковалентни връзки между атомите. Притежава висока твърдост, топлопроводимост (бъдеще в електротехниката - 5 пъти по голяма от тази на Сu). Фулерините е друга модификация открита през 1985г., при която се образуват молекули от 60 въглеродни атома под формата на сфери, които пространствено са подредени в СЦК решетка. Графени - едноатомен слой с хексагонално подреждане на въглеродните атоми.

Кристалните тела могат да бъдат монокристални или поликристални т.е. да се състоят от един или много на брой кристали (зърна). Металните материали са поликристални и формата, размерите и разположението на зърната определят в голяма степен механичните и физико-химичните свойства.

Дефекти в кристалния строеж

Реалните материали съдържат значителен брой несъвършенства в атомното подреждане или дефекти в кристалния строеж. Количеството, вида и подреждането на дефектите оказват съществено влияние върху свойствата на материалите. Не винаги свойствата(особено механичните) се влошават - напротив повишаването на някои свойства като якост, твърдост и други са в пряка зависимост от количеството на дефектите. Под дефект се разбира нарушаване на периодичността в подреждането на атомите.
Най-общо биват:
- Нулмерни - точкови
- Едномерни - линейни
- Двумерни - повърхностни

Точкови дефекти - ваканции, дислоцирани атоми

Ваканция - липса на атом (празнини) в кристалната решетка

Дислоцирани - примесен атом от друг елемент с различен размер от този на основните атоми. Идват от примесите или легиращите елементи. Могат да участват в кристалната решетка чрез вместване или заместване.

Линейни дефекти - дислокации-прекъсване на атомната плоскост и дефектът е около края на тази плоскост . Атомите над нея изпитват натискови, а под нея опънови напрежения.

Повърхностни дефекти - границите на зърната или междуфазови граници оказват влияние на якостта и пластичността на металите - дребнозърнеста, увеличaва се якостта, а намалява пластичността.

Желязо и железни сплави

Стомани

Стоманата е деформируема Fe - C сплав със съдържание на въглерод до 2,14%. Освен желязо и въглерод стоманите съдържат и други химични елементи, които се разделят на примеси и легиращи елементи. Примесите са елементи попаднали в стоманата вследствие на технологичния процес при получаването й. Това са манган, силиций и вредните фосфор и сяра както и газове кислорд, водород, азот и др

Легиращите елементи - елементи специално въведени в стоманата в определена концентрация с цел изменение на нейния строеж и свойства.

Конструкционни стомани - изработват се машинни детайли за механизми и конструкции, които трябва да притежават: конструкционна якост ( съвкупност от механични свойства) осигуряваща дълготрайност; добри технологични свойства - деформируемост, заваряемост; възможност за термично уякчаване, както и обработваемост чрез рязане.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Кристален строеж 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.