Анизотропия свойств кристаллов
Анизотропия – это зависимость свойств кристалла от направления. Возникает в результате упорядоченного расположения атомов в пространстве.
Свойства кристаллов определяются взаимодействием атомов
В кристалле расстояния между атомами в различных кристаллографических плоскостях различны, поэтому различны и свойства.
Например, прочность и пластичность монокристалла меди изменяются в зависимости от направления 180-350 Мпа, и 10-50 %. Для поликристалла прочность 250 Мпа, пластичность 40%.
В природе кристаллические тела – поликристаллы, т.е. состоят из множества мелких различно ориентированных кристаллов. В этом случае анизотропии нет, т.к. среднестатистическое расстояние между атомами по всем направлениям оказывается примерно одинаковым.
В связи с этим поликристаллические тела считают квазиизотропными (мнимо).
Все аморфные тела – изотропны - свойства у них одинаковы во всех направлениях
ДЕФЕКТЫКРИСТАЛЛОВ
Строение реальных кристаллов отличается от идеальных. В реальных кристаллах всегда содержатся дефекты, которые подразделяются на точечные, линейные, поверхностные и объемные. Дефекты имеют различные размеры. У точечных размеры близки к атомным, у линейных длина на несколько порядков больше ширины, объемные дефекты (поры, трещины) могут иметь макроскопические размеры.
Точечные дефекты
Одним из распространенных несовершенств кристаллического строения является наличие точечных дефектов: вакансий, дислоцированных атомов и примесей.
Рис.2.1. Точечные дефекты
Линейные дефекты
Основными линейными дефектами являются дислокации. Априорное представление о дислокациях впервые использовано в 1934 году Орованом и Тейлером при исследовании пластической деформации кристаллических материалов, для объяснения большой разницы между практической и теоретической прочностью металла.
Дислокация
Дислокация – это дефекты кристаллического строения, представляющие собой линии, вдоль и вблизи которых нарушено характерное для кристалла правильное расположение атомных плоскостей.
Простейшие виды дислокаций – краевые и винтовые.
Краевая дислокация представляет собой линию, вдоль которой обрывается внутри кристалла край «лишней» полуплоскости.
Рис. 2.2. Краевая дислокация (а) и механизм ее образования (б)
Винтовая дислокация
Другой тип дислокаций был описан Бюргерсом, и получил название винтовая дислокация
Плотность дислокаций
Свойства кристаллов зависят от количества дефектов, которые формируют понятие «плотность дислокаций». Плотность дислокации – это суммарная длина всех линий дислокации в одном кубическом сантиметре кристалла.
Существует связь между свойствами металла и плотностью дефектов
Рис. 13. Зависимость предела прочности от плотности дефектов
Пути повышения прочности металлов
Лекция 2
«Формирование структуры литых металлов »
Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях:
* Твердом
* Жидком
* Газообразном
Переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией.
Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией.
Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация.
Или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация.
Самопроизвольная кристаллизация обусловлена стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением свободной энергии или термодинамического потенциала.
Чем объяснить существование при одних температурах жидкого, а при других температурах твердого состояния и почему превращение происходит при строго определенных температурах?
В природе все самопроизвольно протекающие процессы, а, следовательно, кристаллизация и плавление обусловлены тем, что новое состояние в новых условиях является энергетически более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Это можно пояснить примером: