Η Δομή των Μετάλλων. Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος, Καθηγητής

Transcript

1 Η Δομή των Μετάλλων Γ.Ν. Χαϊδεμενόπουλος, Καθηγητής

2 Τρισδιάστατο Πλέγμα

3 Οι κυψελίδες των 14 πλεγμάτων Bravais (1) απλό τρικλινές, (2) απλό μονοκλινές, (3) κεντροβασικό μονοκλινές, (4) απλό ορθορομβικό, (5) κεντροβασικό ορθορομβικό, (6) χωροκεντρομένο ορθορομβικό, (7) εδροκεντρομένο ορθορομβικό, (8) εξαγωνικό, (9) ρομβοεδρικό, (10) απλό τετραγωνικό, (11) χωροκεντρομένο τετραγωνικό, (12) απλό κυβικό, (13) χωροκεντρομένο κυβικό, (14) εδροκεντρομένο κυβικό.

4 Κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις στο κυβικό σύστημα

5 Δείκτες Miller κρυσταλλογραφικών επιπέδων

6 Δείκτες ορισμένων επιπέδων του εξαγωνικού συστήματος

7 Κυψελίδες BCC FCC HCP

8 BCC Τα επίπεδα {110} του BCC με τις πυκνές διευθύνσεις <111>, όπου τα άτομα έχουν διαδοχική επαφή. Η διεύθυνση <111> είναι η διαγώνιος του κύβου

9 FCC Τα πυκνά επίπεδα {111} και οι πυκνές διευθύνσεις <110> του FCC

10 Στοίβασμα επιπέδων Οι διαφορετικοί τρόποι στοιβάσματος σκληρών σφαιρών για την δημιουργία των δομών FCC και HCP: (α) στοίβασμα των επιπέδων Α και Β (β) στοίβασμα ABCABC που αντιστοιχεί στη δομή FCC (γ) στοίβασμα ABABAB που αντιστοιχεί στη δομή HCP.

11 Tα χαρακτηριστικά των βασικών μεταλλικών κρυσταλλικών δομών. Δομή FCC HCP BCC Απλό Κυβικό Αριθμός συνδιατάξεως, CN Ατομική ακτίνα, R Αριθμός ατόμων ανά κυψελίδα Συντελεστήςατομικής πληρώσεως, APF Παραδείγματα Cu, Ag, Au, Ni, Al Pb, Pt γ-fe Mg (1.62) Ti (1.59) Zr (1.59) Be (1.56) Zn (1.86) W, Mo, V Bα, Nα Zr, α-fe α-po

12 Οι αλλοτροπικές μορφές και οι θερμοκρασίες μετασχηματισμού ορισμένων μετάλλων

13 Στερεά διαλύματα παρεμβολής αντικατάστασης αντικατάστασης τακτικό Αντικατάστασης με ομάδες

14 Θέσεις παρεμβολής στη δομή FCC οκταεδρικές θέσεις τετραεδρικές θέσεις

15 Θέσεις παρεμβολής στη δομή ΒCC οκταεδρικές θέσεις τετραεδρικές θέσεις

16 Θέσεις παρεμβολής στη δομή HCP οκταεδρικές θέσεις τετραεδρικές θέσεις

17 Μέγεθος και αριθμός συνδιατάξεως θέσεων παρεμβολής στις δομές FCC, HCP και BCC Δομή Θέση παρεμβολής Μέγιστη ακτίνα r ατόμων παρεμβολής FCC /HCP Oκταεδρική R Tετραεδρική R BCC Oκταεδρική R Tετραεδρική R Αριθμός συνδιατάξεως

18 Ατομα παρεμβολής Η (0.46Α), Β (0.97Α), C (0.77A), N (0.71A), O (0.60A) Οκταεδρική Τετραεδρικη γ - Fe α - Fe APF=0.74 APF=0.68 Μεγαλύτερη στερεά διαλυτότητα του C στον γ-fe O C στον α-fe καταλαμβάνει τελικά τις οκταεδρικές θέσεις Ο άνθρακας στον Fe

19 Φαινόμενο Snoek εφαρμογή τάσεως στη διεύθυνση [001] επιφέρει μετακίνηση των ατόμων άνθρακα από τις θέσεις στις διευθύνσεις [010] και [100], σε οκταεδρικές θέσεις στη διεύθυνση [001] Ανελαστικότητα και εσωτερική τριβή

20 Κανόνες Hume-Rothery για πλήρη στερεά διαλυτότητα (1) η διαφορά μεταξύ των μεγεθών των ατόμων να είναι μικρότερη του 15% (2) να έχουν μικρή διαφορά ηλεκτροαρνητικότητας (3) να έχουν την ίδια κρυσταλλική δομή (4) να έχουν το ίδιο σθένος

21 Ζώνες ευνοϊκών διαμέτρων (15%) για σχηματισμό στερεών διαλυμάτων αντικαταστάσεως σε χαλκό και αλουμίνιο σύμφωνα με τον πρώτο κανόνα Hume-Rothery

22 Πυρήνωση και ανάπτυξη κρυστάλλων διαφορετικού προσανατολισμού για τον σχηματισμό κόκκων κατά την στερεοποίηση ενός μετάλλου

23 Βασικά στοιχεία της μικροδομής σύνορο κόκκων στερεό διάλυμα και οπές ενδομεταλλική ένωση με μορφή πλακιδίου σε συνοχή με την μήτρα γραμμοαταξία ενδομεταλλική ένωση με μορφή σφαιρικού σωματιδίου χωρίς συνοχή με την μήτρα

24 Μικροδομή φερρίτη/περλίτη σε ανθρακοχάλυβα

25 Κράμα Μαγνησίου Mg-6Al-1Zn (AZ61)

26 Κράμα Μαγνησίου Mg-6Al-1Zn (AZ61) Ενδομεταλλική ένωση Mg 17 Al 12

27 Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής

28 Μηχανικό ανάλογο για τον ορισμό της μηχανικής ισορροπίας μιας σφαίρας Θέση (α): σταθερή μηχανική ισορροπία Θέση (β): ασταθής μηχανική ισορροπία Θέση (γ): μετασταθής μηχανική ισορροπία

29 Οι 16 δυνατοί συνδυασμοί για την κατανομή τεσσάρων σφαιρών A, B, C και D σε δύο κουτιά και ιστόγραμμα που απεικονίζει τον αριθμό των συνδυασμών για κάθε κατανομή

30 Σχηματισμός στερεού διαλύματος Α - Β από την ανάμειξη ατόμων Α και Β Γραφική παράσταση της εντροπίας αναμείξεως ΔSm. Η μέγιστη τιμή της ΔSm εμφανίζεται για XB = 0.5

31 Κινητική της δομής Μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας κατά τον μετασχηματισμό από την κατάσταση 1 στην κατάσταση 2. ΔG είναι η κινούσα δύναμη του μετασχηματισμού και ΔG* η ενέργεια ενεργοποιήσεως

32 Ο νόμος του Arrhenius r r exp G = 0 kt

33 Ρυθμιστικό βήμα διεργασίας Επί μέρους αντιδράσεις που συμβαίνουν κατά την οξείδωση ενός μετάλλου (Μ). (1) προσρόφηση οξυγόνου στην επιφάνεια του οξειδίου (MxOy), (2) διάχυση οξυγόνου, (3) χημική αντίδραση του οξυγόνου με το μέταλλο για τον σχηματισμό του οξειδίου