VAT LIEU KIM LOAI TONG HOP TONG HOP

4 Fejezet: Kristályos fémek Mirő lesz szó • Melyek a leggyakoribb kristályszerkezetek fémek és kerámiák esetén? • Mely szerkezeti jellemzők határozzák meg a fémek/kerámiák sűrűségét? Chapter - Fémek kristályszerkezete • Hogyan rakjunk le a lehető legsűrűbben atomokat? 2-D egymásra téve a 2D szerkezeteket, kapunk 3D struktúrákat Chapter - Fémek kristályszerkezete • Sűrű pakolási rend • Ennek okai: - Egyféle atomból áll, így minden atom egyforma méretű - A fémes kötés irányfüggetlen - N.N kötések kicsik, hogy kisebb legyen a kötési energia - Az elektronfelhő árnyékolja az ‚ionok’ hatását • A fémeknek van a legegyszerűbb kristályszerkezete Ezek közük a három legfontosabb Chapter - Egyszerű kưbưs szerkezet (SC) • A kis pakolási sűrűség miatt ritka (csak a Po) • Legsűrűbben pakolt irányok a kocka élei • Koordinációs # = (n.n száma) Chapter - Atomic Packing Factor (APF) APF = Vatomok az elemi cellában* Velemi cella *ưsszenyomhatatlan golk • APF egyszerű kưbưs (SC) szerkezetben = 0.52 atomok tf a atomok # a cellában π (0.5a) 3 R = 0.5a APF = a3 elemi cella tf szoros pakolási irány x 1/8 = atom/elemi cella Chapter - Tércentrált kưbưs szerkezet (BCC) • Az atomok a testátló mentén érintkeznek egymással megj.: minden atom egyforma, csak a láthatóság miatt sötétebb a középső Pl.: Cr, W, Fe (), Ta, Mo • koordinációs # = atom/elemi cella: közép + sarkok x 1/8 Chapter - Atomic Packing Factor: BCC • APF BCC szerkezetben= 0.68 3a a 2a R atomok # a cellában APF = szoros pakolási irány: hossza = 4R = a a π ( 3a/4) a3 Vatom Vcella Chapter - Lapcentrált kưbưs szerkezet (FCC) • Az atomok a lapátlók mentén érintkeznek egymással megj.: minden atom egyforma, csak a láthatóság miatt sưtétebb a kưzépső Pl-: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag • koordinációs # = 12 atom/elemi cella: lap x 1/2 + sarok x 1/8 Chapter - Atomic Packing Factor: FCC • APF FCC szerkezetben = 0.74 A legnagyobb lehetséges APF Szoros pakolási irány: lhossza = 4R =2 a 2a Az elemi cella tartalmaz: x 1/2 + x 1/8 = atomot a atomok # cellában APF = 4 π( 2a/4) a3 Vatom Vcella Chapter - FCC pakolási szekvencia • ABCABC pakolási szekvencia • 2D projekció B B C A B B B A sites C C B sites B B C sites • FCC egységcella A B C Chapter - 10 Kristályok mint építőelemek • Néhány alkalmazásban egykristályra van szükség: gmánt egykristály csiszoló/polírozóanyag turbina lapát • Kristályos anyagok tulajdonságait gyakran a kristályszerkezetük határozza meg pl.: kvarc könnyebben hasad biz kristálytani irányokban Chapter - 23 Chapter - Polikristályos • A legtưbb szerkezeti anyag polikristályos Anizotróp mm • Nb-Hf-W lemez, elektronnyalábban hegesztett Izotróp • minden „szemcse" egykristályos • Ha a szemcsék véletlen orientációjúak, a tulajdonságok nem irányfüggőek • A szemcseméret nm - cm tartományban változhat (vagyis néhány atomi rétegtől tưbb millióig) Chapter - 25 Egykristály vs Polikristály • egykristályok E (átló) = 273 GPa -Tulajdonságok irányfüggőek: anizotrópia -pl.: Young modulus (E) in BCC Fe-ban: • polikristályok E (él) = 125 GPa -egyedi szemcsék tulajdonsága irányfüggő - de(!) véletlen orientáció: izotróp (Epoly Fe = 210 GPa) -ha textúráltak, anizotróp 200 μm Chapter - 26 Rưntgen (X-ray) diffrakció • A diffrakciós rács rácstávolsága ưsszemérhető kell legyen a besugárzó el.mágn hullám hullámhosszával • A hullámhossznál kisebb távolságok nem feloldhatóak (ezzel a módszerrel) • A távolság az atomi síkok kưzưtt értendő Chapter - 27 Chapter - Kristályszerkezet meghatározása X-sugarakkal • A beérkező sugarak diffraktálnak az atomi síkokon A kritikus szưg mérésével, c, számítható a síkok távolsága, d X-sug int d nλ sin θc θ θc Chapter - 29 Chapter - z X-sug diffrakciós ábra z Intenzitás (relatív) c a x c b y (110) a x z c b y a x b y (211) (200) Diffrakciós (elhajlási) szưg 2θ Polikristályos α-Fe (BCC) diffrakciós felvétele Chapter - 33 Diffrakció kưbưs szerkezetekben Chapter - Pb =0.1542nm (h k l) 2Θ (1 1) 31.3 (2 0) 36.6 (2 0) 52.6 (3 1) 62.5 (2 2) 65.5 d a Chapter - Nem-kristályos/amorf anyagok Chapter - Ưsszefoglalás • Fémekben a leggyakoribb kristályszerkezet FCC, BCC, és HCP Koordinációs szám és atomi pakolási sűrűség (APF) ugyanaz FCC és HCP szerkezetek esetén • A fémek sűrűsége jól becsülhetőaz atomsúly, atomsugár, és kristályszerkezet ismetetében (pl., FCC, BCC, HCP) • Egyes anyagok tưbbféle szerkezetben kristályosodnak Ez a polimorfizmus (vagy allotrópia) • Egy vagy polikristályos anyagokról beszéhetünk Az egykristályos anyagok tulajdonságai lehetnek orientáció függőek (anizotrópok), de a véletlen orientáltságú polikristályos anyagoké nem (azok izotrópok) • A Rưntgen diffrackciót kristályszerkezet, és rácstávolság meghatározására használják Chapter - 37 ... irányok a kocka élei • Koordinációs # = (n.n száma) Chapter - Atomic Packing Factor (APF) APF = Vatomok az elemi cellában* Velemi cella *ưsszenyomhatatlan golk • APF egyszerű kưbưs (SC) szerkezetben... 0.68 3a a 2a R atomok # a cellában APF = szoros pakolási irány: hossza = 4R = a a π ( 3a/4) a3 Vatom Vcella Chapter - Lapcentrált kưbưs szerkezet (FCC) • Az atomok a lapátlók mentén érintkeznek... a 2a Az elemi cella tartalmaz: x 1/2 + x 1/8 = atomot a atomok # cellában APF = 4 π( 2a/4) a3 Vatom Vcella Chapter - FCC pakolási szekvencia • ABCABC pakolási szekvencia • 2D projekció B B