Все вещества в твердом состоянии имеют или кристаллическое, или
аморфное строение. Аморфное вещество бесформенно, атомы его расположены
хаотично, без всякой системы. Аморфные тела изотропны, т.е. их свойства
4
одинаковы во всех направлениях. Примерами аморфных веществ являются
стекло, канифоль.
Все металлы и сплавы представляют собой поликристаллические тела,
состоящие из большого числа мелких (10-1…10-5см) неопределенной формы и
различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов. В процессе
кристаллизации они приобретают неправильную форму и называются
кристаллитами, или зернами. Внутри отдельных кристаллитов атомы
расположены закономерно, образуя в пространстве правильную
кристаллическую решетку, слагаемую из множества сопряженных друг с
другом элементарных ячеек, внутри которых отдельные атомы размещаются в
строгом порядке. У металлов, используемых в технике, образуются три типа
элементарных ячеек, или кристаллических решеток:
а) объемноцентрированная кубическая (ОЦК), рис.1
Атомы расположены в вершинах куба и один в центре – всего 9 атомов
(Feα, Мо, Мп, Сr, W, V);
б) гранецентрированная кубическая (ГЦК), рис.2
Атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани – всего 14
атомов (Feγ, Cи, Рв, Al);
5
в) гексагональная плотноупакованная (ГПУ), рис.3
Атомы расположены в вершинах призмы, в центрах шестигранных
оснований и три атома в средней плоскости призмы – всего 17 атомов (Mg, Zn,
Ti).
Расстояние между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке
называется периодом решетки, обозначается буквой «а» (рис. 2,3) и измеряется
в нанометрах. У большинства металлов он колеблется от 0,1 до 1 нм (1нм =
10-9м).
В твердом состоянии металл представляет собой постройку, состоящую из
положительно заряженных ионов, омываемых «газом» из свободных
коллективизированных электронов. Связь в металле осуществляется
электростатическими силами. Между ионами и коллективизированными
электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения,
которые стягивают ионы. Такая связь называется металлической.
Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами
притяжения между ионами и электронами. Атомы (ионы) располагаются на
таком расстоянии один от другого, при котором энергия взаимодействия
минимальна. Как видно из рис. 4, этому положению соответствует равновесное
расстояние «а0». Сближение атомов (ионов) на расстояние, меньшее «а0», или
удаление их на расстояние, большее «а0», осуществимо лишь при совершении
определенной работы против сил отталкивания и притяжения.
Поэтому в металлах атомы располагаются закономерно, образуя
правильную кристаллическую решетку, что соответствует минимальной
энергии взаимодействия атомов.
Кристаллическая решетка отдельного кристалла состоит из воображаемых
линий и плоскостей, проходящих через точки расположения ионов в
пространстве (рис. 5).
