Введение 5 Кристаллическое строение вещества icon

Введение 5 Кристаллическое строение вещества


НазваниеВведение 5 Кристаллическое строение вещества
страница2/5
Дата публикации18.04.2013
Размер0.85 Mb.
ТипРеферат
1   2   3   4   5
^

В гексагональной плотноупакованной ячейке 17 атомов. На ГПУ ячейку


от 12 угловых атомов приходится только по 1/6 , от 2 атомов, лежащих в центрах оснований, - по 1/2, и только 3 атома, расположенные внутри ячейки, полностью принадлежат ей. Таким образом, базис ГПУ решетки - (12 х 1/6) + (2 х 1/2) + 3 = 6 атомов.

Кристаллическая решетка характеризуется также координационным числом К, которое показывает число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома. Для ОЦК решетки К = 8, для ГЦК и ГПУ решеток К = 12. Чем выше координационное число, тем большая плотность упаковки атомов в ячейке.


1.4 ^ Плотность упаковки атомов в решетке


При моделировании кристаллической решетки в виде соприкасающихся шаров между ними образуются пустоты.

Так, например, три шара, прикрытые сверху одним шаром, образуют пустоту, называемую тетраэдрической (см. рис. 9,а), т. к. линии, соединяющие центры этих шаров, образуют тетраэдр. В тетраэдрическую пустоту можно вписать шар радиусом 0,22 R, где R - радиус шаров (атомов ячейки). Другой случай, когда три шара первого слоя прикрыты сверху не одним шаром, а треугольником из шаров, повернутым на 600 относительно первого слоя. Пустоту, образованную шестью шарами, называют октаэдрической, т.к. линии, соединяющие центры этих шаров, образуют октаэдр (см. рис. 9, в). В нее можно вписать шар радиусом 0,41 R. На каждый шар приходится 1 эктаэдрическая и 2 тетраэдрические пустоты.

Наличие пустот в элементарной ячейке определяет плотность упаковки атомов в решетке. Плотностью упаковки называется отношение объема, занятого атомами, к объему ячейки. Так, плотность упаковки ОЦК равна 0,68, а упаковок ГЦК и ГПУ - 0,74.




2. Индексация плоскостей и направлений

в кристаллической решетке


2.1. Индексация плоскостей


Для обозначения плоскостей и направлений в кристаллической решетке используют индексы, связанные с координатными осями [3].

Для кубической решетки систему координат строят следующим образом. Начало координат помещают в одной из вершин элементарной ячейки, ось «х» направляют в сторону наблюдателя, ось «у» направляют горизонтально вправо и ось «z» - вертикально вверх.

Положение плоскости определяется отрезками, отсекаемыми ею на координатных осях. За единицу измерения вдоль каждой оси принимают параметр ( период ) решетки в направлении данной оси. Чтобы не иметь дело с бесконечностями, а также дробными числами, используют величины, обратные отрезкам, отсекаемым плоскостью на координатных осях, причем отношение этих величин приводят к отношению трех наименьших целых чисел. Совокупность таких чисел ( h,k,l ), заключенная в круглые скобки, называется индексами Миллера.

Индексы плоскости отыскиваются следующим образом. Определяются отрезки А, В и С, которые этой плоскостью отсекаются на осях координат.

Записываются величины, обратные отсекаемым отрезкам, например: 1/А, 1/В,1/С. Полученные дроби приводят к общему знаменателю, например,


это будет число D. Целые числа h = D / А, k = D / В, l = D / С и являются индексами данной плоскости.

Определим, например, индексы плоскости, которая отсекает на осях координат отрезки А =, В = 2 и С = gif" name="object12" align=absmiddle width=8 height=18>. Отношения :: =

=. Общий знаменатель D = 2.

Индексами

плоскости являются величины h = , k = , l = .

Обозначение плоскости (416).

В гексагональной решетке начало координат помещают в центре основания ячейки и в плоскости основания проводят три координатные оси x, y, u, расположенные под 1200 и ось z вертикально вверх. Такая 4-х индексная система Миллера - Бравэ содержит четвертый индекс i, который ставят на третьем месте ( h, k, i, l ). Дополнительный индекс i вычисляется через индексы h и k: i = - ( h + k ). В случае, если отрезок отсекается плоскостью на отрицательном направлении координатной оси, то над соответствующим индексом ставится черта.

Примеры индексации плоскостей в кубической решетке показаны на рис. 10, а

в гексагональной плотноупакованной решетке – на рис. 11.

Непараллельные плоскости, имеющие одинаковое атомное строение (количество атомов и их расположение), кристаллографически эквивалентны.

Всю совокупность эквивалентных плоскостей обозначают индексом какой-либо одной плоскости, заключенным в фигурные скобки. Например, плоскости 100, 010, 001, 100, 010, 001. Их обозначают индексом одной какой-либо плоскости и заключают в фигурные скобки как семейство плоскостей 100 или 001. Другой пример, семейство 111. Это плоскости 111, 111,111, 111 и др. Если плоскость проходит через начало координат, то для удобства ее

индексации начало координат следует перенести в какую-либо соседнюю вершину элементарной ячейки.




    1. ^ Индексация направлений


Ориентация прямой определяется координатами двух ее точек. Если выбрать из семейства прямых ту, которая проходит через начало координат, или перенести прямую параллельно самой себе так, чтобы она прошла через

начало координат, то направление прямой определится координатами только второй ее точки.

Направления в кристаллической решетке обозначают координатами конца отрезка, проходящего через начало координат. Эти координаты называются индексами направлений. За единицу измерения по каждой кристаллографической оси выбирают период решетки. Полученные значения координат точки приводят к отношению трех наименьших целых чисел. Эти числа, заключенные в квадратные скобки, обозначают собой индексы направлений. Совокупность непараллельных кристаллографических направлений, эквивалентных по числу атомов, составляют семейство направлений. Его обозначают индексом одного из направлений и заключают в угловые скобки. Например, семейство шести ребер куба 100, 010, 001, 100, 010, 001 обозначают  100 .

Примеры обозначения направлений в кубической и гексагональной плотноупакованной ( ГПУ) решетке показаны на рис. 12 и 13.



Для определения направлений в ГПУ-решетке также используют 4-х индексовую систему Миллера - Бравэ. Для этого направление переносят параллельно самому себе в начало координат и из любой его точки опускают перпендикуляры на координатные оси. Например, направление +y имеет индексы 1210.



  1. Точечные дефекты кристаллической решетки


^ 3.1. Понятие кристаллической структуры, моно и поликристаллы


Выше рассматривалась идеальная кристаллическая решетка, в которой атомы расположены в строгом порядке, без учета тепловых колебаний атомов и различных искажений решетки. По существу, такая решетка является

лишь моделью для изучения строения кристалла.

Реальный кристалл отличается от идеального наличием тепловых колебаний атомов около положений равновесия, их миграцией (диффузией) и различного рода дефектами, нарушающими правильность решетки. Поэтому строение реального кристалла называется кристаллической структурой.

Логично было бы предположить, что внешние границы кристалла , повторяя правильность его внутреннего строения, должны иметь плоские грани. Однако этого не происходит. Кристаллизация из расплава идет одновременно из многих центров кристаллизации, и в процессе роста кристаллов они соприкасаются и мешают росту друг друга. Поэтому их внешняя форма не соответствует внутреннему строению. Такие кристаллы с правильной кристаллической решеткой, но неправильной внешней формой, называются монокристаллами, или кристаллитами (см. рис.14).





По своей внешней форме кристаллит не является правильным многогранником, но приближается к нему, имея округлые формы. Такой кристаллит называется зерном. Кристаллиты, имеющие ветвистую, древовидную форму, называются дендритами.

Совокупность множества кристаллитов называется поликристаллом. Все металлы являются поликристаллами. Свойства кристалла зависят от природы атомов и сил взаимодействия между ними, а последние – от расстояний между атомами. Поскольку расстояния между атомами различны в разных направлениях, то и свойства кристалла неодинаковы по разным направлениям. Это явление, заключающееся в различии свойств тела по разным направлениям, называется анизотропией. Кристаллические вещества анизотропны, в отличие от аморфных тел (например, смолы), которые являются изотропными, со свойствами одинаковыми по всем направлениям.


^ 3.2. Вакансии, дислоцированные и примесные атомы


Выше говорилось о том, что атомы в узлах решетки находятся в равновесном положении и обладают минимумом потенциальной энергии, что и обеспечивает строгий порядок в их расположении. Однако, было установлено, что этот порядок может нарушаться, и решетка реального кристалла имеет дефекты, связанные с тем, что атомы могут покидать узлы решетки и внедряться в междоузлия решетки. Для того, чтобы это произошло, атом должен получить избыток энергии, достаточный для преодоления энергетического барьера, удерживающего его в узле решетки. Эта избыточная энергия берется из энергии теплового движения атомов ближайшего окружения. Ближайшие атомы колеблются не строго согласованно, и случайное стечение обстоятельств может привести к такому перераспределению энергии их тепловых колебаний, при котором в некотором очаге появится энергия, достаточная

для выброса атома из его равновесного положения. Это перераспределение энергии между ближайшими атомами называется энергетической флуктуацией.

Флуктуация – эффект коллективный, в нем участвует группа атомов, а не только тот единственный, который, например, оказался выброшенным из своего узла. Просто именно он попал в область пика флуктуации, а мог бы попасть и любой другой из коллектива атомов, оказавшихся в очаге флуктуации.

Дефекты кристаллической структуры подразделяются на точечные, линейные и объемные.

К точечным дефектам относятся вакансии, дислоцированные и примесные атомы. При точечных дефектах нарушение решетки локализуется в отдельных точках и не превышает нескольких межатомных расстояний во всех трех измерениях.

К линейным дефектам относятся дислокации. При линейном дефекте искажение решетки в двух измерениях не превышает нескольких атомных расстояний, а в третьем измерении распространяется значительно, например, до границы зерна.

Объемные дефекты – это микропустоты, трещины и включения другой фазы.

Примеры точечных дефектов показаны на рис. 15.

Основным источником вакансий является свободная поверхность кристалла. Атом поверхностного слоя, под воздействием флуктуации может легко выйти их узла решетки и испариться, или еще легче - адсорбироваться на поверхности (см. рис. 16). На его месте образуется пустой узел – вакансия. Через некоторое время в эту вакансию может быть выброшенным близлежащий атом, в результате чего вакансия переместится во второй слой и т.д. Другими словами, вакансия втягивается вглубь кристалла. Образование вакансии в результате выхода атома на поверхность называется дефектом Шоттки.






1   2   3   4   5



Похожие:

Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВведение 5 Кристаллическое строение вещества
При этом следует иметь в виду, что к одному и тому же результату можно прийти разными путями, т е технологический процесс в обработке...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
Кристаллическое строение материалов. Элементарная кристаллическая ячейка. Типы кристаллических решеток
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconОтветы к 1 и 2 Вопросу Строение вещества
Хviii в и получила дальнейшее развитие в XIX в. Возникновение представлений о строении вещества позволило не только объяснить многие...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconКонтрольная работа №1 по теме «Строение вещества»
Атом углерода имеет степень окисления -3 и валентность 4 в соединении с формулой
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВещества построены из атомов и молекул. Атом электри-чески нейтрален и состоит из «+» ядра и «-» электронов, вращ по орбитам вокруг ядра. Атом, лишившийся валент-ного электрона, становится «+» ионом, а присоединивший лишний электрон «-» ионом
Строение вещества. Понятия нейтрального атома, положительного и отрицательного ионов. Виды химических связей между атомами и молекулами....
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconМеханика тема Кинематика
История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconРазпределение Мѣр Перехода
«уточнённость в направленности», «местопребывание в области», «половая принадлежность участка вещества», «количество участков вещества»,...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconКожа Строение кожи
Строение кожи. Кожа — наружный покров организма. Общая площадь кожи взрослого человека составляет 1,5—2 учитывая происхождение, строение...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВещества
Установите соответствие между формулой гомологического ряда и названием вещества, принадлежащего к нему
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconСтроение и состав нуклеиновых кислот : Нуклеиновые кислоты- полимеры, полинуклеотиды
Цель урока: Закрепить знания по строению белковых молекул и их физическим и химическим свойствам. Изучить строение рнк и ДНК
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconТеоретические основы работы гелий-неонового лазера Введение
Этот эффект является результатом взаимо­действия электромагнитной волны с атомами вещества, через которое проходит волна. В 1962–1963...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы