Materiałoznawstwo M. Łuźniak - wykłady - część III.pdf - Materiałoznawstwo - MBM - piotrek121111

2008-10-14

Właściwości mechaniczne materiałów

Dla zrozumienia mechanicznych właściwości materiałów bardzo ważny jest sposób

wzajemnego ułożenia atomów w materiale ( w ich strukturach przestrzennych ).

Gęstość materiału

Gęstość materiału zależy przede wszystkim od:

- masy i rozmiarów składających się na materiał atomów,

- efektywności z jaką atomy wypełniają przestrzeń w kryształach i szkłach.

Większość metali ma dużą gęstość, bo atomy są ciężkie i gęsto ułożone. Polimery i wiele

ceramik mają gęstości znacznie mniejsze, bo atomy, z których są zbudowane (C, H, O), są lekkie, a

struktury, które przyjmują, nie są strukturami gęstego ułożenia.

Ułożenie atomów w kryształach

Wiele materiałów inżynierskich (np. prawie wszystkie metale i ceramiki ) jest zbudowanych z małych

kryształów , w których atomy są ułożone według regularnie powtarzających się, trójwymiarowych wzorów.

Ułożenie atomów w najprostszym z takich kryształów można zrozumieć, jeśli wyobrazimy sobie, że atomy

są sztywnymi kulami (chociaż na podstawie rozważań poprzedniego rozdziału powinno być oczywiste, że

jest to znaczne, chociaż wygodne, uproszczenie). Aby sytuację jeszcze bardziej uprościć, załóżmy na

razie, że materiał, którym się zajmujemy, jest czysty w tym sensie, że możemy rozpatrywać tylko jeden

rozmiar sztywnych kul , a jego wiązania nie wykazują kierunkowości , tak że jedynym ograniczeniem w

rozmieszczeniu kul są ograniczenia wynikające z geometrii . Czysta miedź jest dobrym przykładem

materiału spełniającego te warunki.

W celu znalezienia wzoru trójwymiarowego ułożenia atomów wygodnie jest (przynajmniej w myśli):

— rozpocząć od układania atomów w dwu wymiarach , budując płaszczyzny atomowe , a następnie

— układać te płaszczyzny jedne na drugich dla uzyskania kryształu .

2008-10-14

Struktury gęstego ułożenia kryształów

Dobrym przykładem płaskiego ułożenia atomów na płaszczyźnie (rys. 3.1) jest układ kul bilardowych

na początku jednej z odmian tej gry (snookera). Kule są ułożone w trójkąt, tak aby zajmowały na stole

jak najmniej miejsca. Taki płaski układ kul jest nazywany płaszczyzną gęstego ułożenia i zawiera

trzy rodzaje kierunków gęstego ułożenia . Rysunek pokazuje oczywiście jedynie niewielki obszar

płaszczyzny gęstego ułożenia - mając więcej kul, moglibyśmy ten układ rozszerzać na boki wypełniając

cały stół bilardowy. To, na co powinniśmy zwrócić uwagę, to sposób w jaki są ułożone kule - regularny ,

powtarzający się, dwuwymiarowy wzór .

Rysunek 3.1

Gęste ułożenie atomów

traktowanych jako "sztywne

kule” .

2008-10-14

Krystaliczna struktura metali

ELEMENTY SIECI PRZESTRZENNEJ KRYSZTAŁU

W kryształach atomy są ułożone w odstępach okresowo powtarzających się w co najmniej trzech

nierównoległych kierunkach (rys. 3.2). Każda prosta łącząca środki dowolnych dwóch atomów w krysztale

jest nazywana prostą sieciową. Najbliższa odległość atomów na prostej sieciowej w sieci prymitywnej

nosi nazwę podstawowego periodu identyczności lub parametru sieci. Przesunięcie, tzw. translacja

prostej sieciowej, o period identyczności w kierunku różnym od kierunku prostej powoduje znalezienie

płaszczyzny sieciowej . Płaszczyzna sieciowa poddana translacjom w kierunku nierównoległym tworzy

sieć przestrzenną . Elementami sieci przestrzennej są:

- płaszczyzny sieciowe,

- proste sieciowe, będące śladami przecięcia płaszczyzn sieciowych,

- węzły sieci, stanowiące punkty przecięcia prostych sieciowych; węzły

sieci prymitywnej odpowiadają położeniu środków atomów kryształu (rys. 3.2).

Rysunek 3.2

Schemat sieci przestrzennej

kryształu; a, b i c -

podstawowe

periody

identyczności

2008-10-14

ELEMENTARNA KOMÓRKA SIECIOWA

Trzy rodziny równoległych płaszczyzn sieciowych dzielą sieć przestrzenną na identyczne

równoległościany o parametrach a, i i c, stanowiących podstawowe periody identyczności (parametry)

sieci (rys. 3.2) Równoległościany te są nazywane elementarnymi komórkami sieciowymi i w pełni

charakteryzują dany kryształ o sieci prymitywnej . Komórka sieciowa może być opisana przez jej

podstawowe periody identyczność (parametry sieci) a , b i c oraz kąty miedzy nimi zawarte a , b , g

(rys. 3.3).

Rysunek 3.3

Komórka elementarna

sieci przestrzennej

kryształu.

2008-10-14

UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE

Rodzaj elementów symetrii w elementarnej komórce sieciowej decyduje o podziale kryształów na 7

układów krystalograficznych (tabl. 3.1).

Tablica 3.1

Układy krystalograficzne i typy sieci przestrzennych.

Materiałoznawstwo M. Łuźniak - wykłady - część III.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: