Строение и основные характеристики материалов
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
Задание 1. Опишите строение и основные характеристики кристаллической решетки молибдена (параметры, координационное число, плотность упаковки).
Решение. Металлы имеют кристаллические решётки различных типов. Чаще всего встречаются три типа: кубическая объёмно-центрированная решётка (ОЦК), кубическая гране-центрированная решётка (ГЦК), гексагональная плотноупакованная кристаллическая решётка (ГПУ). Молибден имеет кубическую объемно-центрированную решетку (ОЦК), которая содержит 9 атомов: 8 располагаются по узлам ячейки и 1 атом в центре (рис.1).
Рис.1. Кубическая объемно-центрированная кристаллическая решетка
Кристаллические решетки характеризуют следующие основные параметры: период решетки; атомный радиус; энергия решетки; координационное число; базис и коэффициент компактности решетки.
Периодом решетки называется расстояние между центрами двух соседних частиц (атомов, ионов) в элементарной ячейке решетки. Периоды решетки выражаются в ангстремах - (1= 10-8 cм). Для молибдена период решетки равен 3,147
Под атомным радиусом понимают половину межатомного расстояния между центрами ближайших атомов в кристаллической решетке элемента при нормальной температуре и атмосферном давлении. Для молибдена атомный радиус равен 139 пм.
Однако атомный радиус не является неизменной величиной, а изменяется в зависимости от ряда факторов, важнейшими из которых являются координационное число и тип химической связи между атомами в кристалле.
Энергия кристаллической решетки определяется как энергия, выделяющаяся при образовании кристалла из ионов, атомов или других частиц, образующих кристалл, когда исходное состояние этих частиц газообразное. От величины энергии решетки зависят такие свойства, как температура плавления, модуль упругости, прочность, твердость и др. Увеличение валентности атомов приводит к увеличению энергии решетки.
Координационное число K показывает количество атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от любого выбранного атома в решетке.
Базисом решетки называется количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки, базис решетки равен:
(1 + 1/8-8 = 2)
Коэффициент компактности (плотность кристаллической решетки) - это отношение объёма, который занимает атом ко всему объёму. Плотность кристаллической решетки характеризуется координированным числом (КЧ), под которым понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем выше координационное число, тем больше плотность упаковки. Координированное число для такого типа решётки равно 8 (КЧ=8), плотность кристаллической решётки равна 68%.
Задание 2. Вычертите диаграмму состояния системы медь - серебро. Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы и объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правил Курнакова.
Решение. Диаграмма состояния сплавов, испытывающих фазовые превращения в твердом состоянии (переменная растворимость)
По внешнему виду диаграмма похожа на диаграмму состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Отличие в том, что линии предельной растворимости компонентов не перпендикулярны оси концентрации. Появляются области, в которых из однородных твердых растворов при понижении температуры выделяются вторичные фазы:
линия ликвидус acb, состоит из двух ветвей, сходящихся в одной точке;
линия солидус аdceb, состоит из трех участков;
dm - линия предельной растворимости серебра в меди;
en - линия предельной растворимости меди в серебре;
? - кристаллы твердого раствора серебра в меди;
? - кристаллы твердого раствора меди в серебре
Сплав с концентрацией компонентов, соответствующей точке с, является эвтектическим сплавом. Сплав состоит из мелкодисперсных кристаллов твердых растворов ? и ?, эвт. (кр. тв. р-ра ? + кр. тв. р-ра ?).
Выше линии асb сплав меди с серебром находится в жидком состоянии и представляет собой однофазный жидкий раствор (ж. р.). Эта линия называется линией ликвидус (с греч. - жидкий), линия adceb - линия солидус (с греч. - твердый), ниже этой линии сплавы находятся в виде твердых растворов (т. р.). Между линией ликвидус и солидус находится двухфазная область: жидкий сплав и кристаллы твёрдого раствора серебра и меди.
На участке adm (ebn) сплав затвердевает, при дальнейшем понижении температуры охлаждается сплав в твердом состоянии, состоящий из однородных кристаллов твердого раствора ? (?).
Ниже линии dm (bn) твердый раствор ? (?) оказывается насыщенным серебром (медью), при более низких температурах растворимость второго компонента уменьшается, поэтому из ? (?) - раствора начинает выделяться избыточный компонент в виде кристаллов ?II (?II). Сплав состоит из двух фаз: кристаллов твердого раствора ? (?) и вторичных кристаллов твердого раствора ?II (?II).
Ниже линии dc (ce) сплав состоит из: кристаллов твердого раствора ? (?), эвтектики и вторичных кристаллов твердого раствора ?II (?II).
Процесс кристаллизации сплава I: до точки 1 охлаждается сплав в жидком состоянии. При температуре, соответствующей точке 1, начинают образовываться центры кристаллизации твердого раствора ?. На участке 1-2 идет процесс кристаллизации, протекающий при понижающейся температуре. При достижении температуры соответствующей точке 2, сплав затвердевает, при дальнейше?/p>