З. Гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ).
Рис.1.5
В гексагональной плотноупакованной решетке (рис.1.5) атомы расположены в вершинах и в центре шестигранных оснований призмы, а три атома – в средней плоскости призмы. Ячейка ГПУ решетки содержит 17 атомов.
Гексагональную кристаллическую решетку имеют магний, кадмий, цинк и другие металлы.
Некоторые металлы могут изменять тип кристаллической решетки при изменении температуры (при нагреве, либо охлаждении). Такие металлы называются полиморфными.
Явление полиморфизма – изменение типа кристаллической решетки при изменении температуры.
Реальное строение металлов и сплавов
Идеальная кристаллическая решетка представляет собой многократное повторение элементарных кристаллических ячеек. Таких кристаллов в природе практически не существует. Их можно создать только в лабораторных условиях (их называют металлические усы, т.к. их толщина соответствует нескольким межатомным расстояниям).
В реальных кристаллах всегдаприсутствуют дефекты кристаллического строения, которые нарушают периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Эти дефекты оказывают существенное влияние на свойства материалов.
Различают два вида дефектов кристаллического строения: точечные и линейные.
Точечные дефекты характеризуются малыми размерами во всех трех измерениях. Величина их не превышает нескольких атомных диаметров.
К точечным дефектам относятся :
-- вакансии ( свободные места в узлах кристаллической решетки (рис.1.6);
-- атомы внедрения и замещения (примесные атомы, которые могут находиться и в узлах решетки, и в междоузлии, рис.1.7 а, б)
Рис.1.6. Вакансии
Атомы совершают колебательные движения возле узлов решетки. Под воздействием внешних воздействий (например, температуры) отдельные атомы приобретают энергию, значительно большую, чем средняя энергия соседних атомов в решетке. Эти атомы могут перемещаться из одного места в другое. Наиболее легко перемещаются атомы поверхностного слоя, выходя на поверхность. Место, где находились такие атомы, называется вакансией (рис.1.6). На это место перемещается один из соседних атомов и т.д. Таким образом, вакансия перемещается вглубь кристалла.
При комнатной температуре концентрация вакансий сравнительно невелика и составляет около 1 на 1018 атомов, но количество вакансий в кристаллической решетке резко возрастает при нагреве и может достигать огромных величин. Так, например, в решетке некоторых металлов в 1 см3 количество вакансий может достигать 1013.
К точечным дефектам относят также атомы, внедренные в междоузлие кристаллической решетки (рис.1.7 а) и замещенные атомы, когда место атома основного металла замещается в кристаллической решетке атомом другого элемента (рис.1.7 б).
Рис. 1.7. Примесные атомы внедрения (а) и замещения (б).
Точечные дефекты приводят к локальным искажениям в кристаллической решетке и локальным изменениям межатомных связей. С увеличением количества точечных дефектов может возрастать сопротивление кристаллической решетки дальнейшему смещению атомов.
С другой стороны, присутствие вакансий в решетке объясняет возможность такого физического процесса, как диффузия.