Лекция №1 Основы строения металлов План лекции Введение Атомно-кристаллическое строение металлов

2. Атомно-кристаллическое строение металлов

Под атомно-кристаллическим строением понимают взаимное расположение атомов (ионов) существующие в реальном кристалле.

Металлы – кристаллические тела, атомы которых располагаются в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы, в отличие от аморфных тел (например, смола), атомы которых находятся в беспорядочном состоянии.
Располагаясь в металлах в строгом порядке атомы в плоскости образуют атомную сетку, а в пространстве – атомно-кристаллическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов. (рис.1.1.). В этой решетке атомы или ионы колеблются с большой частотой возле точек равновесия, т.е. узлов. Связь в металле между ионами и коллективизированным электронами осуществляется электростатическими силами притяжения, которые стягивают ионы. Такая связь называется металлической.
Типы кристаллических решеток у различных металлов различные. Наиболее часто встречаются решетки: кубическая объемноцентрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная плотноупакованная.
Элементарные ячейки таких кристаллических решеток приведены на рис. 1.1.
Плотность кристаллической решетки – объема занятого атомами, которые условно можно рассматривать жесткие шары, характеризуется координационным числом K, под которым понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем выше координационное число, тем больше плотность упаковки атомов.
Для объемноцентрированной решетки это число 8 (К8).
Для гранецентрированной решетки – 12 (К12)
Для гексагональной плотноупакованной решетки 12 (Г12).
Гранецентрированная кубическая и гексагональная плотноупакованная решетки наиболее компактные.

Рис.1.1. Атомно-кристаллическое строение металлов

Коэффициент компактности ячейки, определяемый как отношение объема занятого атомами к объему ячейки составляет для ОЦК решетки 68%, для ГЦК и гексагональной плотноупакованной – 74%. При уменьшении координационного числа в гексагональной решетке с 12 до 6 коэффициент компактности составляет около 50%, а при координационном числе 4 – всего около 25%.
Для определения положения атомных плоскостей (проходящих через атомы) в кристаллических пространственных решетках пользуются индексами h, k, l, представляющими собой три целых рациональных числа, являющихся величинами, обратными отрезкам осей, отсекаемым данной плоскостью на осях координат. Единицы длины вдоль осей выбирают равными длине ребер элементарной ячейки. Эти числа заключают в круглые скобки.
Примеры обозначения плоскостей показаны на рис. 2. Каждая плоскость куба на рис. 1.2 пересекает только одну ось при этом отсекаемые ей отрезки будут равны (1, , ); (, 1, ); (, , 1) .
Обратные величины, отсекаемых отрезков, будут соответственно равны: (1. 0, 0); (0, 1, 0); (0, 0, 1) . Индексы плоскости (h k l ) будут (100), (010), (001), ( 00), (0 0) и (00 ). Знак минус над индексом соответствует отрицательным отрезкам.
В кубической решетке кроме плоскостей куба различают плоскость октаэдра (111) и плоскость ромбического дэдакаэдра (110) рис. 1.2.б и в.
Следует иметь в виду, что индексы характеризуют не одну какую-либо плоскость, а целую группу параллельных плоскостей, и тогда их заключают в фигурные скобки.

Рис.1.2. Индексы кристаллографических плоскостей (а-в) и направлений (г) в ОЦК решетке