Металлы, особенности атомно-кристаллического строения.

Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определённым набором свойств обусловленных особенностями своего строения: «металлический блеск» (хорошая отражательная способность); пластичность; твердость; высокая теплопроводность; высокая электропроводность и т.д.

Согласно теории металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием свободных электронов «электронного газа».

Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком называемым кристаллическая решетка.

Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.

Элементарная ячейка – элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл. Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла.

Рис.1.1. Схема кристаллической решетки

Классификация видов кристаллических решеток.

Классификация возможных видов кристаллических решеток насчитывает четырнадцать видов. Основными типами кристаллических решеток у металлов являются:

1.Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) (см. рис.1.2а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре.

2.Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (см. рис.1.2б), атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней.

3.Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник, атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру оснований (углерод в виде графита). У плотноупакованной решетки (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).

Рис. 1.2. Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая;б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

Анизотропия.

Рис 1.3. Кристаллографические плоскости

Неодинаковость свойств кристалла в разных кристаллографических направлениях называется анизотропией. Следовательно, отдельный кристалл - тело анизотропное. Но на практике дело обычно имеют с поликристаллическими телами, состоящими из большого количества различно ориентированных друг к другу мелких кристаллов, образующих кристаллиты или зерна. Поэтому анизотропия в поликристаллическом теле не имеет ярко выраженного характера и свойства как бы усредняются во всех направлениях благодаря различной ориентации мелких кристаллов. В этом случае поликристаллическое тело становится изотропным подобно аморфным телам и приобретает одинаковые свойства во всех направлениях.