Типы кристаллических решеток

Почти все металлические изделия являются поликристаллами, т. е. состоят из огромного числа мелких кристалликов или зерен. В каждом зерне атомы (ионы) расположены закономерно, образуя пространственную кристаллическую решетку (рис.1.1). Такая решетка представляет собой систему линий, соединяющих центры соседних атомов. На самом деле этих линий в кристалле нет, атомы имеют шарообразную форму и соприкасаются внешними электронными оболочками.

Рис. 1.1. Пространственная кристаллическая решетка

Основное свойство кристаллических решеток – их пространственная периодичность. Это значит, что любую кристаллическую решетку можно представить состоящей из множества одинаковых соприкасающихся микрообъемов, называемых элементарными ячейками.

Атомы в кристалле расположены на строго определенном расстоянии, на котором энергия взаимодействия между ними минимальна. Силы притяжения и отталкивания между двумя соседними атомами с увеличением расстояния уменьшаются.

Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». У металлов чаще всего встречаются три типа кристаллических решеток из 14 возможных:

· ОЦК - объемноцентрированная кубическая (Fe_α, Cr, W, Mo, Na);

· ГЦК - гранецентрированная кубическая (Fe_γ., Ni, Cu, Al, Ag, Au);

· ГПУ – гексагональная плотноупакованная (Zn, Cd, Mg, Ti, Be).

Методы условного изображения кристаллической ячейки различны, чаще пользуются схемами из плотных шаров и в виде правильных геометрических фигур (рис.1.2).

Рис. 1.2. Модели элементарных ячеек:

а, г – ГПУ (гексагональная плотноупакованная);

б, д – ГЦК (гранецентрированная кубическая);

в, е – ОЦК (объемноцентрированная кубическая)

Любая кристаллическая решетка характеризуется следующими величинами:

а) размер любой кристаллической решётки характеризуется параметром или периодом (a, b, c) т.е. расстоянием между двумя параллельными плоскостями в элементарной ячейке. Параметром кубической решетки является длина ребра куба «а». Гексагональную решетку определяет два параметра – сторону шестигранника «а» и «c» - высота призмы. Когда отношение с/а = 1,633, то атомы упакованы наиболее плотно, и решетка называется плотноупакованной. Период решетки металлов находится в пределах 0,1….0,7 нm, измеряется в нанометрах.

б) Базисом кристаллической решетки является число атомов приходящихся на одну элементарную ячейку.

в) Плотность характеризуется объемом, который занимают атомы в кристаллической решетке. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемноцентрированной кубической решетки - 0,68, для гранецентрированной кубической решетки - 0,74).

г) Координационное число решетки - это число атомов, находящихся на наиболее близком равном расстоянии от избранного атома. В ОЦК решетке координационное число равно 8 (К8); в ГЦК и ГПУ - К12.

Дата добавления: 2015-09-05