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.