Η Δομή των Μετάλλων

Η Δομή των Μετάλλων
Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος, Καθηγητής
Τρισδιάστατο Πλέγμα
Οι κυψελίδες των 14 πλεγμάτων
Bravais
(1) απλό τρικλινές,
(2) απλό μονοκλινές,
(3) κεντροβασικό μονοκλινές,
(4) απλό ορθορομβικό,
(5) κεντροβασικό ορθορομβικό,
(6) χωροκεντρομένο ορθορομβικό,
(7) εδροκεντρομένο ορθορομβικό,
(8) εξαγωνικό,
(9) ρομβοεδρικό,
(10) απλό τετραγωνικό,
(11) χωροκεντρομένο τετραγωνικό, (12)
απλό κυβικό,
(13) χωροκεντρομένο κυβικό,
(14) εδροκεντρομένο κυβικό.
Κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις στο κυβικό σύστημα
Δείκτες Miller κρυσταλλογραφικών επιπέδων
Δείκτες ορισμένων επιπέδων του εξαγωνικού συστήματος
Κυψελίδες
BCC
FCC
HCP
BCC
Τα επίπεδα {110} του BCC με τις πυκνές διευθύνσεις <111>,
όπου τα άτομα έχουν διαδοχική επαφή.
Η διεύθυνση <111> είναι η διαγώνιος του κύβου
FCC
Τα πυκνά επίπεδα {111}
και οι πυκνές διευθύνσεις
<110> του FCC
Στοίβασμα επιπέδων
Οι διαφορετικοί τρόποι
στοιβάσματος σκληρών σφαιρών για
την δημιουργία των δομών FCC και
HCP:
(α) στοίβασμα των επιπέδων Α και Β
(β) στοίβασμα ABCABC… που
αντιστοιχεί στη δομή FCC
(γ) στοίβασμα ABABAB…που
αντιστοιχεί στη δομή HCP.
Tα χαρακτηριστικά των βασικών μεταλλικών
κρυσταλλικών δομών.
FCC
HCP
BCC
Απλό
Κυβικό
12
12
8
6
Αριθμός ατόμων ανά κυψελίδα
4
6
2
1
Συντελεστήςατομικής πληρώσεως, APF
0.74
0.74
0.68
0.52
Παραδείγματα
Cu,
Ag,
Au,
Ni, Al
Pb, Pt
γ-Fe
Mg (1.62)
Ti (1.59)
Zr (1.59)
Be (1.56)
Zn (1.86)
W, Mo, V
Bα, Nα
Zr, α-Fe
α-Po
Δομή
Αριθμός συνδιατάξεως, CN
Ατομική ακτίνα, R
Οι αλλοτροπικές μορφές και οι θερμοκρασίες μετασχηματισμού
ορισμένων μετάλλων
Στερεά διαλύματα
παρεμβολής
αντικατάστασης
τακτικό
αντικατάστασης
Αντικατάστασης
με ομάδες
Θέσεις παρεμβολής στη δομή FCC
οκταεδρικές θέσεις
τετραεδρικές θέσεις
Θέσεις παρεμβολής στη δομή ΒCC
οκταεδρικές θέσεις
τετραεδρικές θέσεις
Θέσεις παρεμβολής στη δομή HCP
οκταεδρικές θέσεις
τετραεδρικές θέσεις
Μέγεθος και αριθμός συνδιατάξεως θέσεων παρεμβολής
στις δομές FCC, HCP και BCC
Δομή
FCC /HCP
BCC
Θέση παρεμβολής
Μέγιστη ακτίνα r
Αριθμός
ατόμων παρεμβολής
συνδιατάξεως
Oκταεδρική
0.414 R
6
Tετραεδρική
0.225 R
4
Oκταεδρική
0.154 R
6
Tετραεδρική
0.291 R
4
Ατομα παρεμβολής
Η (0.46Α), Β (0.97Α), C (0.77A), N (0.71A), O (0.60A)
Οκταεδρική Τετραεδρικη
γ - Fe
α - Fe
0.52
0.19
0.28
0.36
APF=0.74
APF=0.68
•Μεγαλύτερη στερεά διαλυτότητα του C στον γ-Fe
•O C στον α-Fe καταλαμβάνει τελικά τις οκταεδρικές θέσεις
Ο άνθρακας στον Fe
Φαινόμενο Snoek
εφαρμογή τάσεως στη διεύθυνση [001] επιφέρει μετακίνηση των ατόμων
άνθρακα από τις θέσεις στις διευθύνσεις [010] και [100], σε οκταεδρικές
θέσεις στη διεύθυνση [001]
Ανελαστικότητα και εσωτερική τριβή
Κανόνες Hume-Rothery για πλήρη στερεά διαλυτότητα
(1) η διαφορά μεταξύ των μεγεθών των ατόμων να
μικρότερη του 15%
(2) να έχουν μικρή διαφορά ηλεκτροαρνητικότητας
(3) να έχουν την ίδια κρυσταλλική δομή
(4) να έχουν το ίδιο σθένος
είναι
Ζώνες ευνοϊκών διαμέτρων (15%) για σχηματισμό στερεών
διαλυμάτων αντικαταστάσεως σε χαλκό και αλουμίνιο σύμφωνα
με τον πρώτο κανόνα Hume-Rothery
Πυρήνωση και ανάπτυξη κρυστάλλων διαφορετικού
προσανατολισμού για τον σχηματισμό κόκκων κατά την
στερεοποίηση ενός μετάλλου
Βασικά στοιχεία της μικροδομής
σύνορο κόκκων
στερεό διάλυμα και οπές
ενδομεταλλική ένωση
με μορφή πλακιδίου σε
συνοχή με την μήτρα
γραμμοαταξία
ενδομεταλλική ένωση με μορφή
σφαιρικού σωματιδίου χωρίς συνοχή
με την μήτρα
Μικροδομή φερρίτη/περλίτη σε ανθρακοχάλυβα
Κράμα Μαγνησίου Mg-6Al-1Zn (AZ61)
Κράμα Μαγνησίου Mg-6Al-1Zn (AZ61)
Ενδομεταλλική ένωση Mg17Al12
Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής
Μηχανικό ανάλογο για τον ορισμό της
μηχανικής ισορροπίας μιας σφαίρας
Θέση (α): σταθερή μηχανική ισορροπία
Θέση (β): ασταθής μηχανική ισορροπία
Θέση (γ): μετασταθής μηχανική ισορροπία
Οι 16 δυνατοί συνδυασμοί
για την κατανομή τεσσάρων
σφαιρών A, B, C και D σε
δύο κουτιά και ιστόγραμμα
που απεικονίζει τον αριθμό
των συνδυασμών για κάθε
κατανομή
Σχηματισμός στερεού διαλύματος Α - Β από την ανάμειξη ατόμων Α και Β
Γραφική παράσταση της
εντροπίας αναμείξεως
ΔSm.
Η μέγιστη τιμή της ΔSm
εμφανίζεται για XB = 0.5
Κινητική της δομής
Μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας κατά τον μετασχηματισμό από την κατάσταση
1 στην κατάσταση 2.
ΔG είναι η κινούσα δύναμη του μετασχηματισμού και ΔG* η ενέργεια
ενεργοποιήσεως
Ο νόμος του Arrhenius
 ∆G ∗ 
=
r r0 exp  −

 kT 
Ρυθμιστικό βήμα διεργασίας
Επί μέρους αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την οξείδωση ενός μετάλλου (Μ).
(1) προσρόφηση οξυγόνου στην επιφάνεια του οξειδίου (MxOy),
(2) διάχυση οξυγόνου,
(3) χημική αντίδραση του οξυγόνου με το μέταλλο για τον σχηματισμό του
οξειδίου

Download Report