Металлические кристаллы

Кристаллы металлов дают примеры простейших кристаллических структур.

Ионы металла в решетке металлического кристалла можно приближенно рассматривать в виде шаров. В твердых металлах эти шары упакованы с максимальной плотностью. Наиболее плотная упаковка шаров в одном слое-это гексагональная упаковка (рис. 3.21), в которой каждый шар окружен шестью другими шарами (в той же плоскости). Центры любых трех соседних шаров образуют равносторонний треугольник. Менее плотной является квадратная упаковка, в которой центры четырех соседних шаров образуют квадрат.

Гексагональные слои шаров можно плотно укладывать один на другой двумя способами так, что они образуют либо гексагональную плотную упаковку (ГПУ), либо гранецентрированную кубическую упаковку (ГЦК). Гранецентрированная кубическая упаковка называется также кубической плотной упаковкой. Оба указанных выше типа упаковки называются плотными, поскольку они соответствуют очень эффективному заполнению пространства. В обоих случаях шары занимают 74% имеющегося объема.

В гексагональной плотной упаковке второй слой шаров укладывается на первый слой таким образом, что каждый шар верхнего слоя соприкасается с тремя шарами нижнего слоя (рис. 3.22). Шары третьего слоя располагаются точно над шарами первого слоя, шары четвертого слоя-точно над шарами второго слоя и т.д. Таким образом, гексагональные слои чередуются в последовательности ABABABABA.... Гранецентрированная кубическая упаковка имеет более сложную последовательность слоев ABCABCABCABC....

Последовательная укладка слоев с квадратной упаковкой шаров в слое приводит к образованию объемноцентрированной кубической структуры. Эта структура в отличие от рассмотренных двух не является плотноупакованной. Шары занимают в ней только 68% имеющегося объема.

На рис. 3.23 схематически изображено пространственное расположение шаров во всех этих трех структурах. Почти все металлы имеют ту или иную из этих трех кристаллических структур. Примеры указаны в табл. 3.7.

Рис. 3.21. Типы упаковки шаров в одном слое

 

Рис. 3.23. Различные типы кристаллической упаковки (трехмерное изображение). а гексагональная плотная упаковка; б - гранецентрированная кубическая упаковка; в-объемноцентрированная кубическая упаковка.

а-Гексагональная Гранецентрированная кубическая

б-плотноунакованная (кубическая плотноупакованная)

в-Объемноцентрированная

 

Рис. 3.22. Различные типы кристаллической упаковки, с-гексагональная плотная упаковка; б- гранецентрированная кубическая упаковка (кубическая плотная упаковка); в - объемноцентрированная кубическая упаковка.

 

 

Таблица 3.7. Металлы с наиболее распространенными типами кристаллической решетки

Координационное число. Каждый шар в объемноцентрированной кубической структуре находится в центре куба, вершины которого заняты другими шарами (рис. 3.20 и 3.23). Таким образом, каждый шар соприкасается с восемью другими шарами, иными словами, имеет координационное число 8. В двух плотноупакованных решетках координационное число равно 12.

 

Оглавление: