Politechnika Śląska

Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii

Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria produkcji

Sprawozdanie:

Nauka o materiałach

Temat: Krystaliczna i rzeczywista struktura materiałów.

Grupa: ZIP 22

Sekcja: II

Imię i nazwisko:

NATALIA ORLIKOWSKA

Uwagi prowadzącego:

WYNIK TESTU PRZEPROWADZONEGO W TRAKCIE LABOLATORIUM - 15 / 20 PUNKTÓW.

1. STRUKTURAKRYSTALICZNA MATERIAŁÓW

1. Ciało krystaliczne, ciało stałe, w którym cząsteczki , atomy, lub jony są ułożone w uporządkowany schemat powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. W objętości ciała cząsteczki zajmują ściśle określone miejsca, zwane węzłami sieci krystalicznej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń. Każdy kryształ zbudowany jest z wielu powtarzających się tzw. komórek elementarnych. W zależności od jej rodzaju kryształy tworzą różne układy krystalograficzne.

2. Przestrzenna sieć, schemat przestrzennej struktury kryształu. Sieć przestrzenna zbudowana jest z nieskończenie wielu ściśle i periodycznie ułożonych komórek elementarnych (Bravais’ego sieci).

3. Komórka elementarna, w krystalografii - najmniejsza, powtarzalna część struktury kryształu, zawierająca wszystkie rodzaje cząsteczek, jonów i atomów, które tworzą określoną sieć krystaliczną. Komórka elementarna powtarza się we wszystkich trzech kierunkach, tworząc zamknięta sieć przestrzenną, której główną cechą jest symetria. Komórka elementarna ma zawsze kształt równoległościanu.

4. Układ krystalograficzny,  klasyfikacji kryształów ze względu na układ wewnętrzny cząsteczek w sieci krystalicznej. Układ krystalograficzny definiuje się także jako zespół klas symetrii, których elementy powodują jednakowe ograniczenia stałych sieciowych komórki elementarnej sieci przestrzennej. System wyróżnia siedem układów, w których wyróżnia się 32 klasy krystalograficzne.

1. RZECZYWISTA STRUKTRURA MATERIAŁÓW

1. Rodzaje defektów ( liniowe, punktowe, powierzchniowe )

Defekty struktury krystalicznej, niedoskonałości kryształów polegające na punktowym lub warstwowym zerwaniu regularności ich sieci przestrzennej. Defekty występują praktycznie we wszystkich rzeczywistych kryształach. Wynikają one z natury procesu krystalizacji.

Liniowe, inaczej dyslokacje: - krawędziowe, poprzez wprowadzenie ekstra-płaszczyzny między nieco rozsunięte płaszczyzny sieciowe, miarą dyslokacji jest wektor Burgersa, wyznaczony poprzez kontur Burgersa i prostopadły do linii dyslokacji krawędziowej,

- śrubowe, powstają w wyniku przesunięcia płaszczyzn atomowych, wektor Burgersa równoległy do linii dyslokacji śrubowej,

- mieszane, śrubowa i krawędziowa występujące w strukturach rzeczywistych,

Punktowe, - wakanse, luki – wolne miejsca w sieci krystalicznej, - wyjście atomu na powierzchnie kryształu, - atomy międzywęzłowe – opuszczające węzły np. wskutek drgań cieplnych,

Powierzchniowe, - granice ziaren, wąska strefa materiału, w której atomy są ułożone w sposób chaotyczny. Gdy kąt między dwoma sąsiednimi kierunkami krystalograficznymi jest: - większy od 15^o to szeroko-kątowa granica, - mniejszy – wąsko-kątowa,

- granice międzyfazowe, - koherentne – atomy granicy ziarna są wspólnymi atomami obydwóch ziarn, - półkoherentne, - zerwanie koherentności - największe umocnienie, -błąd ułożenia – wskutek dyslokacji krawędziowej, EBU – energia błędu ułożenia

1. MECHANIZMY RUCHU DYSLOKACJI, POŚLIZG I WSPINANIE

Poślizg, inaczej systemy poślizgu są to kombinacje płaszczyzny łatwego poślizgu i leżącego w niej kierunku łatwego poślizgu. Najczęściej płaszczyzny i kierunki posiadają niskie wskaźniki Millera. Przez kierunki łatwego poślizgu należy rozumieć kierunki krystalograficzne <uvw> w danym typie sieci krystalicznej, w których najłatwiej jest uruchomić mechanizm poślizgu. Płaszczyzna łatwego poślizgu jest to płaszczyzna atomowa {hkl} w danym typie sieci krystalicznej, w której pod wpływem naprężeń stycznych najłatwiej jest uruchomić mechanizm poślizgu.

Wspinanie, oprócz ruchu po płaszczyźnie poślizgu, dyslokacje mogą również przemieszczać się w kierunku doń prostopadłym. Dzięki temu ruchowi mogą one przejść na inną, równoległą płaszczyznę poślizgu. Mechanizm ten, pokazany dla dyslokacji krawędziowej, oparty jest na dyfuzji atomów z krawędzi półpłaszczyzny atomów tworzącej tą dyslokacje, czyli na skracaniu tej półpłaszczyzny. Możliwe jest też oczywiście “opuszczanie” dyslokacji krawędziowej, które polega na wydłużaniu tej półpłaszczyzny, czyli jej “dobudowywaniu”.

1. GRANICE ZIARN

Granica ziarna - wewnętrzne powierzchnie graniczne oddzielające dwa kryształy lub ziarna o takim samym składzie chemicznym, różniące się tylko orientacją krystalograficzną. Granice ziaren są to defekty powierzchniowe wpływające na własności materiału (np. przewodności cieplnej, przewodności elektrycznej).

Granice małego kąta, (także: granice wąsko-kątowe, granice podziarn) są to powierzchnie styku dwóch kryształów o kącie dezorientacji sieci wynoszącym najwyżej kilkanaście stopni (<15°). Niedopasowanie jest kompensowane przez występowanie dyslokacji w granicach.

Wyróżnia się wtedy dyslokacyjną strukturę granic ziaren małego kąta. Granice małego kąta można podzielić na dwa podtypy:

-granica nachylona (daszkowa) - łączy kryształy o wspólnym kierunku krystalograficznym równoległym do granicy.

-granica skręcona (skrętna) - łączy kryształy o wspólnym kierunku krystalograficznym prostopadłym do granicy

Rzadko granice małego kąta są czysto daszkowe. Najczęściej należy je rozpatrywać jako nałożone na siebie granice daszkowe i skrętne.

Granice dużego kąta, (także: granice szeroko-kątowe) są to powierzchnie styku dwóch kryształów o kącie dezorientacji sieci większym od 15°. Występują dwa szczególne przypadki granic dużego kąta:

-granica koincydentna (symetryczna) - granica nachylona symetrycznie do określonej płaszczyzny krystalograficznej obu kryształów

-granica bliźniacza.

W obszarze granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla wnętrza ziarn jest zaburzone. Granica dużego kąta zawiera liczne dyslokacje oraz wybrzuszenia, występy.

1. WSKAŹNIKOWANIE ELEMENTÓW SIECI PRZESTRZENNEJ

1. 0 1 0

2. 0 0 1

3. 1 ½ ½

4. 0 1 1

Kierunki

1. [0 1 0]

2. [0 0 1]

3. [1 1 0]

4. [1 1 1]

Płaszczyzna krystalograficzna

1. (0 1 0)

2. (0 0 1)

3. (1 1 0)

4. (1 1 0)

WSKAŹNIKI MILLERA

½ 2 1 -> ½ 4/2 2/2 -> (1 2 2)