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.
ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛИТЫХ МАТЕРИАЛОВ
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.
Процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое можно изобразить графически в координатах температура – время по так называемым кривым охлаждения
Т
Ткр
время
Д.К.Чернов , изучая структуру литой стали указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов:
1- зарождения мельчайших зародышей или центров кристаллизации
2- роста кристаллов из этих центров
Этот процесс можно изучать с помощью рассмотрения моделей (схем), что успешно применялось Миркиным И.Л.
Предположим, что на некоторой площади за 1 сек возникает 5 центров кристаллизации, которые растут с определенной скоростью. К концу 1-ой сек образовалось 5 зародышей, к концу «-й они выросли и возникло еще 5 зародышей, к концу 2-й они выросли и так далее. Так в результате возникновения зародышей и их роста происходит процесс кристаллизации.
При образовании кристаллы растут свободно, они могут иметь геометрически правильную форму. При столкновении же растущих кристаллов их правильная форма нарушается. В результате этого при после затвердевания кристаллы имеют неправильную форму, их называют кристаллитами или зернами.
ПРЕВРАЩЕНИЯ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ.
Атомы элемента могут образовывать любую кристаллическую решетку. Однако устойчивым, а, следовательно, и реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.
Так, вольфрам, хром и др имеют ОЦК решетку, медь, серебро и др. – ГЦК.
Однако в ряде случаев при изменении температуры может оказаться, что для того же металла более устойчивой будет другая решетка, чем была при другой температуре.
Существование одного металла в нескольких кристаллических формах называется ПОЛИМОРФИЗМОМ или АЛЛОТРОПИЕЙ.
Аллотропические формы обозначают буквами греческого алфавита.
Превращение одной аллотропической формы в другую при нагреве чистого металла сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре – горизонтальный участок на термической кривой.
Такие металлы как железо, кобальт, олово, марганец, титан и др имеют полиморфные превращения.
