В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место.
Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике.
Причина этого - в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:
ü «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
ü Положительный температурный коэффициент сопротивления (с увеличением температуры электрическое сопротивление металлов возрастает);
ü Высокая пластичность;
ü высокая теплопроводность;
ü высокая электропроводность;
ü термоэлектрической эмиссией – возможностью металлов в нагретом состоянии испускать электроны.
Данные свойства металлов объясняют металлическим строением вещества. Все металлы – суть тела кристаллические, атомы (ионы) расположены в металлах равномерно. Они состоят из большого числа кристаллов, расположенных по объёму тела и имеющих неправильную форму. Эти кристаллы называют кристаллитами или зёрнами. Кристалл состоит из атомов расположенных в определённом порядке, периодически повторяющемся в трёх измерениях. Для более удобного описания свойств кристаллов вводят понятие кристаллическая решётка. Кристаллическая решётка представляет собой сетку из атомов (ионов) расположенную в пространстве. В узлах данной сетки расположены атомы, образующие твёрдое кристаллическое тело. Наименьшее число атомов (ионов), дающее представление об атомарной структуре металла во всём объёме, называют элементарной кристаллической решёткой.
Основными параметрами кристалла являются:
- размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определенными.
- углы между осями ( ).
- координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.
- базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки.
- плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74)
Пространственную решётку подразделяют на семь типов – сингоний, исходя из соотношений между осевыми единицами и углами:
1. триклинная: и
2. моноклинная: и ,
3. ромбическая: и
4. гексагональная: и ,
5. ромбоэдрическая: и
6. тетрагональная: и
7. кубическая и
Рис.2.1. Схема кристаллической решетки
Рис. 2.2. Основные типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная
Основными типами кристаллических решеток являются:
1. Объемно - центрированная кубическая (ОЦК) (см. рис.2.2а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, )
2. Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (см. рис. 2.2б), атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, )
3. Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
- простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
- плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).