Кубическая гранецентрированная решётка

В твёрдых телах встречается 2 варианта пространственного расположения атомов: хаотичное (без конкретного обоюдного расположения) и упорядоченное (с определенными их положениями). Первый вид называют аморфным. Он свойственен для веществ с признаками твёрдых тел, имеющих частые форму и объем, однако без точных температур плавления и кристаллизации. Другой вариант структуры называют кристаллическим. Условные прямые, объединяющие атомные центры, именуют кристаллической решёткой. Их дифференцируют на обычные и непростые. К последним относится кубическая гранецентрированная решётка.

Структура и геометрия

Кристаллические решётки представляют совокупность кристаллитов. В ближних зернах они обоюдно размещены под определенным углом. Атомы, собой представляет микроскопические частицы вещества и наименьшие части элементов химии, в кристаллитах расположены в согласии с ближним и дальним порядком. Первый предполагает конкретный порядок расположения и стабильности ближайших друг к другу микрочастиц, второй – самых далеких. Возможно покидание отдельными атомами мест расположения вследствие диффузии, но это не приводит к нарушению упорядоченности сооружения.

Вид решётки формируют формой самого простого геометрического тела, образующего ее. Кубические решётки дифференцируют на 4-ре вида:

• кубическая с микрочастицами в углах;
• объемно-центрированный вариант имеет восемь атомов, размещенных в углах, и один в самом центре;
• гранецентрированная кубическая решётка выделяется расположением атомов в центрах граней и вершинах;
• гексагональная плотноупакованная с нахождением микрочастиц в углах шестигранной призмы, в самом центре оснований и трех в центральной плоскости.

К важным параметрам решёток относят компактность, под которой знают степень наполнения объема атомами. Ее формируют тремя прочими критериями:

• параметр решётки – значение межатомного расстояния в нм по ребру самой простой ячейки (отличается для кубических вариантов длиной ребра);
• координационное число, под которым знают кол-во ближайших соседних микрочастиц;
• плотность упаковки, предоставленная отношением общего атомного объема решётки и ее всего объема.

Чтобы провести измерения параметра решёток используют рентгеноструктурный метод анализа. При подсчете количества атомов берут во внимание, что любой из них принадлежит к нескольким ячейкам сразу. Для кубических решёток исключение представляет размещенная в самом центре куба микрочастица.

Для объемно-центрированного типа координационное число составляет 8 по числу ближайших атомов к центральному. Для гранецентрированного варианта микрочастица на кубической грани размещена на одинаковом расстоянии от четырех в углах, четырех на гранях, четырех ближайшей кристаллической ячейки. Другими словами, координационное число составляет 12.

Разные варианты кристаллических решёток отличаются различной плотностью упаковки. Для простой кубической решётки координационное число равно 6, для ОЦК — 8, ГЦК и ГП (гексагональной плотноупакованной) — 12.

Для объемно-центрированного варианта объемы микрочастиц и межатомных промежутков дополняют друг друга в соотношении 68/32%, для ГЦК значения соответствующих показателей равны 74 и 26% исходя из этого. Компактность решётки определяется характеристиками железной электронной структуры и характером атомной связи.

Ввиду упорядоченности решётки возможно выделение кристаллографических плоскостей и направленностей.

Под направлениями знают прямые, вдоль которых находятся атомы. Другими словами они предоставлены ребрами, диагоналями и гранями.

Плоскости разделяют на диагональные и плоскости кубических граней.

Для определения таких категорий используют трехзначные индексы. Для направленностей их формируют путем нахождения близлежащего атома и применения его координат относительно точки O. Для плоскостей находят координаты точек их пересекания с осями координат и меняют на обратные.

Нужно сказать, что в кристаллических телах встречается изменение механических параметров вдоль направленностей. Эта характерность, именуемая анизотропией, поясняется разной атомной плотностью. Так, для кубических решёток вдоль диагоналей и на диагональных плоскостях этот показатель больше, чем вдоль ребер и на идущие сквозь грани плоскостях. При этом анизотропия встречается в границах кристаллита либо монокристалла. Для поликристаллических тел она нехарактерна ввиду сглаживания показателей по разным направлениям для огромного числа произвольно обоюдно ориентированных зерен. Ввиду этого металлы относят к псевдо- или квазиизотропным телам.

Также, для отдельных металлов (Ti, Fe, Sn) специфична аллотропия, под которой знают изменение кристаллического сооружения путем изменения типа самой простой ячейки. Также такое свойство называют полиморфизмом.

Так, у железа в температурном интервале 911-1392 °C кубическая решётка гранецентрированного типа, а при температуре за границами приведенного диапазона – отдельно-центрированная (до плавления при 1539 °C). Для дифференциации аллотропических форм используют греческие буквы.

Может быть наличие недостатков решётки. Их отмечают на несколько типов.

• Точечные, по размерам близкие к атомам, представлены вакансиями (пустые узлы, межузельные очень мелкие частицы), примесными атомами замещения (того же размера, что и исходные) и внедрения (небольшие очень мелкие частицы в междоузлиях).
• Линейные (протяженные) представлены дислокациями (плоскостные смещения). Их отмечают на самые популярные краевые (экстраплоскость или полуплоскость) и винтообразные (завинчивание плоскостей).
• Поверхностные – искажения на границах зерен ввиду передвигающихся зерен дислокации.
• Объемные – поры и трещины.

Названные изъяны по-разному сказываются на прочности. Для точечных степень воздействия на этот показатель устанавливается их характером и числом в определенном объеме. Линейные изъяны ввиду большой подвижности существенно сказываются на прочности, упрощая сдвиги кристаллитов под воздействием стрессов. Влияние линейных недостатков на крепость оценивают по их плотности (отношение их общей длины к объему материала). Ее максимальное значение – 10 13 см -2 (при большем происходит разрушение). На основе того, что мелкозернистые материалы намного прочнее если сравнивать с крупнозернистыми при большей общей протяженности границ, поверхностные изъяны наоборот увеличивают крепость. Объемные, кроме непосредственного снижения прочности, существенно увеличивают напряжения от рабочих нагрузок, концентрируя их.

Варианты материалов

Все металлы отличаются кристаллическим строением. Они выделяются наличием малоподвижных ионов с позитивным зарядом и двигающимися между ними электронами. Данные структуры именуют железными связями.

Объемно-центрированная кубическая решётка свойственна для Fe при температуре 20 градусов, W, V, Cr, Mo и других металлов.

Гранецентрированная кубическая решётка встречается на Mg, Ti, Zn, Zr и других металлах.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.