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.