30 234 subscribers

Кто такие кристаллические решетки и зачем они нужны?

728 full reads

Недавно я написал небольшую обзорную статью, в которой рассказал о том, какие изменение происходят в материале при закалке и почему происходит упрочнение. При объяснении использовались аббревиатуры ОЦК и ГЦК, а логика описания процесса для сталей держалась на превращении одной кристаллической решетки в другую.

Кристаллическая решетка
Кристаллическая решетка

Совершенно справедливо в комментариях отметили, что термины эти человеку без специальных знаний не знакомы, а понятие кристаллическая решетка ничуть не ближе, чем синхрофазотрон. Давайте разберемся что такое кристаллическая решетка на примере металлов и в простой форме выясним, что же это были за ОЦК, ГЦК и ГПУ.

Основы строения или какая внутренняя конструкция у тела

Все тела состоят из частиц. Об этом знают даже школьники буквально с первых уроков физики. Всё состоит из молекул, молекулы состоят из атомов, атомы тоже из чего-то состоят. Об этом советую прочитать вот в этой моей статье.

Для удобства восприятия мы разделяем тела в зависимости от их конструкции на жидкие, твёрдые и газообразные и называем это агрегатными состояниями.

Каждому агрегатному состоянию соответствует определённое взаимное расположение частиц. Ведь нельзя сказать, что, скажем, в доске рабочего стола частицы просто насыпаны как шарики в банку. Они расположены на определенных расстояниях друг от друга, строго упорядочены и имеют постоянное взаимодействие друг с другом.

Нас сейчас интересуют именно твёрдые тела. У них, конечно же, тоже есть определенная внутренняя конструкция. Они могут быть кристаллическими, аморфными или композитными. Но мы смотрим на кристаллические тела.

Кристаллические твёрдые тела - это такие твёрдые тела, которые обладают кристаллической решеткой.

Кристаллическая решетка и откуда она берется

Кристаллическая решетка - это вариант взаимного упорядочивания частичек в конструкции тела. Никакой кристаллической решетки не существует, зато существует взаимное расположение атомов, которое уже увидели в микроскопе, а для удобства такое расположение можно зарисовать в виде объемной схемки из шариков и их связей на прямых.

Примерно так мы увидим атомы металла в электронном микроскопе с посредственным увеличением
Примерно так мы увидим атомы металла в электронном микроскопе с посредственным увеличением

Такая объемная схемка и будет являться кристаллической решеткой.

Вид, форма и тип решетки определяются свойствами атомов, входящих в состав тела. Мы помним, что все объекты в нашей природе постоянно взаимодействует. Орбита Луны такова потому, что помимо притяжения Земли, она испытывает влияние и от других небесных тел. Мы сейчас читаем эту статью и не понимаем, что постоянно протягиваем планетой и сами притягиваем нашу планету. Такая же история и с частицами.

Взяли мы например атомы железа, расположили в пространстве. Они начали взаимодействовать друг с другом. Силы взаимного влияния заставили их расположиться в определённой последовательности. Кто-то отталкивается, кто-то притягивается, а когда их много - образуется целая система. Вот и выстраиваются частички в определенной последовательности. Такую последовательность рисуют как кристаллическую решетку.

Это очень похоже на игрушку неокуб, которая одно время продавалась буквально везде. Кубик, который был составлен из магнитных шариков прекрасно демонстрировал ячейку решетки. Добавьте к этому мысленно ещё и взаимное отталкивание и получится изучаемая нами штука.

Игрушка неокуб. Все шарики магнитные
Игрушка неокуб. Все шарики магнитные

Наверняка появился и ещё один вопрос. Ведь решетка эта по идее должна протягиваться вдоль всего кристаллического тела. В общем-то, так оно и есть в монокристаллах. Но есть ещё и поликристаллы, которые состоят из соединенных фрагментов одинаковых решеток. Тут можно подумать, что именно их мы и рисуем как кубики. Но нет, как кубики мы рисуем тот элементарный объем, который может потом выступать как строительный кирпичик для формирования большой решетки. Из таких элементарных блоков строится вся решетка как стена из кирпича. Эти блоки имеют свои названия. Вот мы и подошли к ГЦК, ОЦК и ГПУ.

ОЦК, ГЦК и ГПУ в металлах

Это всего лишь аббревиатуры от фраз объемно центрированная кубическая решетка, гранецентрированная кубическая решетка и гексагональная плотноупакованная кристаллическая решётка.

Слева направо. Оцк, гцк, гпу. Сверху приведен пример реального расположения атомов в виде шариков в металле, в внизу показано их схематическое изображение.
Слева направо. Оцк, гцк, гпу. Сверху приведен пример реального расположения атомов в виде шариков в металле, в внизу показано их схематическое изображение.

Так называют элементарные кирпичики, из которых потом выстраивается всё кристаллическое тело (а точнее, некоторый фрагмент этого тела, ведь большинство твердых тел это поликристаллы) . У металлов они такие. У других кристаллических тел они будут другими. Совсем не обязательно, что кристаллическое полимерное тело будет обладать такой решеткой. Простой в металлах выделили именно их.

Каждая решетка обладает рядом специфических особенностей, которые проявляются как разная степень взаимодействия внутри этой решетки и как следствие различные свойства.

При термической обработке решетки умеют перестраиваться из одной формы в другую, а процесс перестроения называется полиморфным превращением.

Полезная книга от меня по основам физики (механики)

------------

Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.

-------------

Советую также прочитать на нашем канале:

-----

Смотрите нас на YouTube и присоединяйтесь к телеге!