Параметри гратки. 3 страница

Рідкий стан (тобто, конденсований) - частинки розміщуються на близькій відстані, сумірній із розмірами самих частинок, немає власної форми, але є власний об’єм, виникає структура речовини, бо сили притягування у рідинах сумірні із силами, що зумовлюються тепловими коливаннями молекул, стискається мало, густина близька до густини твердих тіл, але при коливаннях температури змінюється сильніше ніж густина твердих тіл, існує ближній порядок, тобто упорядкованість спостерігається у розташуванні сусідніх молекул, які розміщуються при різнойменних зарядах і пов’язуються кінцями цих різнозаряджених діполей.

Твердий стан - частинки розміщуються на близькій відстані, сумірній із розмірами самих частинок спостерігається виникнення великої упорядкованості структури, обумовленої тим, що сили притягання значно перевищують сили, які обумовлюють теплові коливання молекул, частинки не можуть переміщуватися, вони лише коливаються з обмеженою амплітудою і можуть обертатися навколо одинарного зв’язку, стискання тіл незначне, густина висока, мало змінюється при коливаннях температури, характерний дальній порядок – упорядкованість на досить великих відстанях.

Плазма утворюється з іонізованих атомів і електронів, при яких загальний заряд дорівнює нулю, тобто плазма складається з електронів, іонів, заряджених молекул і нейтральних атомів або молекул, які перебувають у термодинамічній рівновазі.

Макроструктура - це сполучення відносно великих структурних елементів (ниток, шарів, пучків) матеріалу видимих неозброєним оком або за допомогою лупи (збільшення до 10 разів).

Мікроструктура - сполучення структурних елементів видимих за допомогою оптичного мікроскопу (із збільшенням у 10 та 100 разів). Це порядок сполучення волокон, зерен кристалів, клітинних утворень, розмір видимих структурних елементів, вимірювання кутів нахилу і т.п.

Тонка внутрішня структура - це сполучення атомів, іонів та молекул, або більш великих утворень, які вивчаються під мікроскопом (що дає можливість розрізняти частинки із розміром лише не менше 300 нм).

Пориста структура обумовлена наявністю проміжків між структурними елементами, які порушують однорідність матеріалів у вигляді капілярів, комірок і т.п.

Точкові дефекти (вакансії) - не зайняті вузли кристалічної гратки, що виникають в процесі формування кристалу або у поверхневому шарі вже утвореного кристалу, в результаті термічно активованих процесів внаслідок нерівномірності розподілу енергії між частинками твердого тіла, відіграють велику роль у формуванні таких властивостей, як: електропровідність; фото- та термоелектричних.

Лінійні дефекти (дислокації) – порушення періодичності структури кристалів, як результат зміщення та місцевих викривлень кристалічної гратки.

Дефекти, що утворюють поверхні поділу – це сукупність лінійних дефектів, що утворені шляхом об’єднання дислокацій у сітки, ряди. Вони виникають як при рості кристалів, так і при пластичній деформації і є джерелом мікротріщин, як на поверхні, так і усередині.

Дефектоскопія - це сукупність ряду фізичних методів неруйнівного контролю якості продукції, які дозволяють за допомогою дефектоскопів виявляти малопомітні тріщини, внутрішні раковини, зони пухкості, непровари у зварювальних швах, сторонні домішки та інші порушення монолітності та однорідності матеріалів та виробів. До найбільш розповсюджених методів дефектоскопії відносяться: капілярний; люмінесцентний; магнітний; рентгенівський; гама-променевий; ультразвуковий.

ЛІТЕРАТУРА:

1.Закусілов А.П. та інш. Матеріалознавство і технологія виробництва товарів народного споживання. К. 1994р. 2.Ещенко В.Ф., Леженин Е.Д. Товароведение хозяйственных товаров.т.2 М.Экономика. 1984г.

3.Алексеев Н.С., Ганцов Ш.К., Кутянин Г.И. Теоретические основы товароведения непродовольственных товаров.М.Эконо-мика.1988.

4.Зіміна Н.К., Андрієнко В.М., Савчук Н.В. Матеріалознавство та технологія непродовольчих товарів:Навч. посібник.-К.: ІЗМН, 1998 р.

5.Мозберг Р.К. Материаловедение. М. Выс-шая школа.,1991.

6.Глинка Н.Л. Общая химия. М. Высшая школа.

ТЕМА 2. БУДОВА КРИСТАЛІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ, ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ МЕТАЛІВ

2.1.АТОМНО-КРИСТАЛІЧНА БУДОВА МЕТАЛІВ. ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ

Всі метали та металеві сплави тіла кристалічні, атоми (іони) розміщені в металах закономірно на відміну від аморфних тіл, в яких атоми розміщені хаотично. Метали (якщо їх отримують звичайним способом) – це тіла полікристалічні, які складаються із великої кількості мілких (10^-1 – 10^{-6 см), по різному орієнтованих один до одного кристалів. В процесі кристалізації вони набувають неправильної форми і називаються кристалітами або зернами. Метали у твердому і частково у рідкому стані мають ряд характерних властивостей: високу тепло - та електропровідність; позитивний температурний коефіцієнт електричного опору (з підвищенням температури електричний опір чистих металів зростає); для великої кількості металів (~ 30) характерна над провідність (у цих металів при температурі близької до абсолютного нуля, електричний опір падає стрибкоподібно, практично до нуля);}

гарну відображуючу здатність: метали непрозорі та мають металічний блиск; підвищену здатність до пластичної деформації; для металів характерна термоелектрична емісія, тобто здатність випускати електрони при нагріванні. Всі зазначені вище властивості характерні для так званого металічного стану речовин. Властивості металів пояснюються особливостями їх будови:

- розподілом та характером руху електронів в атомах;

- розміщенням атомів, іонів та молекул в просторі;

- розмірами, формою та характером кристалічних утворень.

З особливостями атомної будови пов’язаний характер взаємодії металів, здатність їх утворювати різного роду сполуки, в які входять декілька металів, метали з неметалами. Характерні хімічні та фізичні властивості, що відрізняють метали від інших природних елементів, визначаються будовою їх атомів. У відповідності до загальноприйнятої моделі атом можна уявити у вигляді позитивно зарядженого ядра (див. мал 1),оточеного хмарою негативно заряджених електронів, які обертаються навколо ядра по певних орбітах. Діаметр ядра становить ~ 10^{-13 см, і у ньому зосереджена майже вся маса атома, хоча діаметр самого атома становить ~ 10-8 см. Ядро містить: протони - позитивно заряджені частинки (маса яких у1836 разів більша за масу електрона); нейтрони - нейтральні частинки, маса яких у 1839 разів більше маси електрона. Нейтрони не змінюють заряду ядра, але вносять суттєвий внесок в атомну масу елементу. У електрично нейтральному атомі кількість протонів ядра відповідає кількості орбітальних електронів. Електрони можуть рухатися зі швидкістю 108}см/с на значних відстанях від ядра,але знаходяться у межах чітко визначених семи оболонок (k,l,m…q), які у свою чергу складаються із підоболонок 4-х типів (s,p,d,f) і містять 1,3,5,7 електронних орбіталей. Електрони в атомі розміщуються на енергетичних рівнях. Зовнішні електрони атома слабкіше пов’язані із ядром,ніж внутрішні, та визначають багато властивостей. Вони легко віддаляються від атома, перетворюючи його у позитивно заряджений іон, а самі електрони переміщуючись між іонами, утворюють електронний газ (колективізовані електрони, які не належать до конкретного атома). Ці електрони зумовлюють високу теплопровідність, електропровідність та непрозорість.

З підвищенням температури посилюються коливання іонів та атомів, що заважає переміщенню відокремлених електронів і сприяє зростанню електронного опору металів. При охолодженні, навпаки, коливальний рух іонів та атомів різко зменшується, і відокремлені електрони вільно переміщуються, забезпечуючи високу електропровідність. Висока теплопровідність та швидке вирівнювання температури в об’ємі металу пояснюється великою рухливістю вільних електронів та коливальними рухами іонів та атомів. Хімічні властивості металів теж визначаються наявністю слабо пов’язаних з ядром зовнішніх валентних електронів. Атоми, що віддали зовнішні електрони, перетворюються у позитивно заряджені іони, які є активними відновлювачами і вступають у взаємодію із окислювачами. Метали при цьому окислюються, утворюючи на своїй поверхні оксидні плівки, тобто кородують. Висока пластичність металів, тобто їх здатність деформуватися без руйнування, також пояснюється ненаправленим металічним зв’язком - рівномірним розподілом електронів між іонами та атомами по всьому об’єму кристалу. З цієї причини в процесі пластичної деформації (кування, прокатування, волочіння, пресування та інш.),коли одні об’єми металічного тіла зміщуються відносно інших, зв’язок між іонами та атомами не порушується завдяки наявності електронного газу. Атоми, які утворюють тверде тіло, знаходяться у постійній взаємодії між собою.

Сутність металічного зв’язку (взаємодії) атомів полягає в тому, що між позитивними іонами та електронним газом (негативними частинками) виникають електростатичні сили притягування, які стягують між собою іони. Іони розміщуються на такій відстані між собою, при якій енергія їх взаємодії мінімальна, а положення залишається фіксованим у вигляді гратки. Хоча середня міжатомна відстань залишається постійною, атоми здійснюють безперервні коливання, наближаючись чи віддаляючись від сусідів. Амплітуда коливання дуже мала, а частота дсягає 10¹³ коливань на секунду. Тому, в металі атоми розміщуються закономірно, утворюючи правильну кристалічну гратку, яка відповідає мінімальній енергії взаємодії атомів.Кристалічна гратка являє собою найменший об’єм кристала, який дає повне уявлення про атомну структуру металу і має назву е лементарної комірки. Для її характеристики необхідно знати такі величини: три ребра та кути між осями. Схематично, кристалічна гратка складається із уявних ліній та площин, які проходять через точки розміщення іонів у просторі.

2.2.ЗАГАЛЬНІ ТИПИ КРИСТАЛІЧНИХ ГРАТОК. ЯВИЩЕ ПОЛІМОРФІЗМУ

Переважна більшість металів мають одну із слідуючих типових кристалічних граток:

1. Кубічна об’ємноцентрована ОЦК – атоми розміщені у вершинах куба, а один у центрі об’єму куба (Pb, K, Na, Li, Ti,Zr,Cr, Fe, Ba та інш.)

2. Кубічна гранецентрована ГКЦ - атоми розміщені у вершинах куба, та в центрі кожної грані (Ca,Ce,Cr, Pb, Fe,Cu, Au, Co та інш.)

3. Гексаганальна ГПУ - атоми розміщені у вершинах та центрі шестигранної призми, а три атоми у середній площині призми (Mg, Ti,Cd, Zn, Co,Be та інш.).

ПАРАМЕТРИ ГРАТКИ.

Період гратки – відстань між центрами найближчих атомів в елементарній комірці, визначається у нанометрах (1нм = 10^-9см) або ангстремах (1А⁰=10^-8см). Період гратки для більшості металів складає 0,1 – 0,7 нм. Період кубічних граток характеризується довжиною ребра куба, а у гексагональної – два параметри: сторона шестикутника (a); висота призми (с).

Атомний радіус - половина міжатомної відстані між центрами найближчих атомів. Ця величина залежить від ряду факторів та змінюється в залежності від координаційного числа та типу хімічного зв’язку між атомами в кристалі.

Енергія кристалічної гратки – це енергія, що виділяється при утворенні кристалу з іонів, атомів та інших частинок, що утворюють кристал, коли вихідний стан цих частинок газоподібний. Від цієї енергії залежать такі властивості, як, температура плавлення, модуль пружності, міцність, твердість. ЇЇ збільшення залежить від збільшення валентності атомів.

Координаційне число К - показує число атомів, які знаходяться на найбільш близькій та рівній відстані від будь-якого обраного атома у гратці. Воно характеризує щільність гратки, чим вище К, тим щільніша гратка: для ОЦК - 8;

для ГКЦ - 12; для ГПУ - 12.

Базис гратки – кількість атомів, що припадають на одну елементарну комірку гратки.

Коефіцієнт компактності – відношення об’єму, що зайнятий атомами (Va) до загального об’єму гратки (Vp).

Розглядаючи схеми елементарних комірок можна з’ясувати, що щільність упакування атомів в різних площинах та в різних напрямках в кристалі різні. Тому і властивості кристалічного тіла у різних напрямках будуть різні. Таке, явище, коли властивості речовини залежать від напрямку, називають анізотропією. Ця властивість широко використовується у техніці. Щоб зрозуміти явище анізотропії необхідно виділити (позначити) площини, кристалографічні напрямки у кристалі. Площини проведені через кути гратки, називають кристалографічними площинами. Прямі, що проведені через вузли гратки, називають кристалографічними напрямками, які мають відповідні індекси Міллера.

Технічні метали є полікристалами, тобто складаються із великої кількості анізотропних кристалів. В більшості випадків кристали статично неупорядковано орієнтовані по відношенню один до одного; тому у всіх напрямках властивості більше або менше однакові, тобто полікристалічне тіло є псевдоізотропним (квазіізотропним або із уявною ізотропністю). Така уявна ізотропність не буде спостерігатися, якщо кристали мають однакову переважну орієнтацію у будь-яких напрямках. Ця орієнтація або текстура, утворюється, в значній мірі, але не повністю, наприклад, при значній холодній деформації; в цьому випадку полікристалічний метал має анізотропні властивості. Анізотропія притаманна монокристалам, які одержують шляхом повільного охолодження із розплаву. (одержують в космосі монокристалічний германій, кремній та використовують в якості напівпровідників). З будовою гратки тісно пов’язані властивості металів. Наприклад, площини із найменшою поверхневою енергією та щільним упакуванням атомів найбільш легко переміщуються одна відносно одної при деформуванні кристала. Одже, необхідні найменші витрати енергії для деформування кристала у напрямках вказаних площин, тобто механічні властивості в цих напрямках будуть мінімальними. Пластичність металів,тобто здатність куватися, прокатуватися без руйнування обумовлена наявністю площин ковзання. В цих площинах іони (атоми) розміщені один по відношенню до іншого ближче ніж до атомів сусідніх площин. Тому, при накладанні сили виникає ковзання однієї площини відносно іншої. Співвідношення площин ковзання з металічним зв’язком між іонами, який здійснюється вільними електронами зумовлює пластичність. Для металів також характерне існування критичної температури при його твердінні або плавленні. В аморфному тілі перехід від рідини до твердого стану та навпаки здійснюється поступово і не пов’язаний з будь-якою визначеною температурою (температура маси змінюється плавно), а в металі це відбувається у вигляді “стрибка”.

ПОЛІМОРФІЗМ.

Здатність одного і того ж металу утворювати декілька різних кристалічних структур називається ПОЛІМОРФІЗМОМ. Різні структурні модифікації одного і того ж металу називають також АЛОТРОПІЧНИМИ ПЕРЕТВОРЕННЯМИ. Поліморфізм розповсюджений серед багатьох металів і має важливе значення для техніки, бо впливає на поведінку металів та їх сплавів при їх нагріванні та охолодженні під час термічної обробки і під час експлуатації деталей в машинах.

Поліморфні (перетворення) модифікації, виникають при:

самих низьких температурах (їх позначають) – α;

більш високих температурах - β;

ще більш високих температурах - γ.

Поліморфізм характерний для заліза (Fe α Feγ); кобальту (CoαCo γ); титана (Ti αTi β); олова (Sn αSn β); марганцю (Mn αMnβ Mn γ). Фізична сутність поліморфного перетворення полягає у тому, що кристалічна речовина при різних температурах переходить у стан меншим запасом вільної енергії. Наприклад, поліморфний стан Тi спостерігається при 880^о С, а олова при - 13,2^оС. Перехід металу із однієї алотропічної модифікації в іншу супроводжується виділенням теплоти при охолодженні металу, і поглинанням теплоти при його нагріванні, а зовнішня температура при цьому залишається незмінною. Поліморфні перетворення пов’язані із зміною компактності кристалічної гратки та зміною об’єму речовини. Наприклад, перехід заліза з α у γ модифікацію при температурі 910^оС супроводжується зміною об’ємна на 1,6 %. Густина γ - заліза на 1,05 % більше густини α - заліза, а питомий об’єм γ - заліза відповідно менше.

2.3.ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ МЕТАЛІВ ПІД ЧАС КРИСТАЛІЗАЦІЇ

Добре відомо, що в залежності від температури будь-яка речовина (система) може бути у твердому, рідкому чи газоподібному стані. Однак, рушійні сили, тобто причина і механізм переходу системи із одного стану в інший, довгий час залишалися невідомими. Перехід металу з рідкого стану у твердий (кристалічний) називають кристалізацією. Кристалізація протікає в умовах, коли система (метал) переходить більш стійкого, у термодинамічному відношенні, стану з меншою вільною енергією Гіббса, тобто, коли енергія Гібса кристала менша, ніж енергія Гібса рідкої фази. Процес кристалізації починається, коли з’являється різниця в енергії Гібса (G), що утворюється за рахунок меншої енергії Гібса твердого тіла у порівнянні з рідким. Процес кристалізації починається з появою різниці енергії Гібса (G), що утворюється за рахунок меншої енергії Гібса твердого металу у порівнянні з рідким. Таким чином, процес кристалізації може протікати тільки при переохолодженні металу нижче температури рівноваги Т_р. Різницю між температурою рівноваги та температурою кристалізації називають ступінню переохолодження. Процес кристалізації, який вперше встановив Д.К. Чернов, починається з утворення кристалічних зародків (центрів кристалізації) і продовжується в процесі росту їх числа та розмірів. При переохолодженні металу нижче температури рівноваги Т_р в багатьох ділянках рідкого металу утворюються стійкі, здатні до росту кристалічні зародки. Поки утворені кристали ростуть вільно, вони мають більш або менш правильну форму. Але, при зіткненні зростаючих кристалів їх правильна форма порушується, бо в цих ділянках зростання граней припиняється. Зростання продовжується тільки в тих напрямках, де є вільний доступ до “живильної” рідини. В результаті росту, кристали, що мали геометрично правильну форму, після затвердіння отримують неправильну зовнішню форму, тому їх і називають кристалітами або зернами.

В рідкому металі атоми не розміщені хаотично, як у газі, і в той же час в їх розміщенні немає тієї чіткості, яка характерна для твердого кристалічного тіла, де атоми зберігають сталість міжатомних відстаней і кутових співвідношень на великих відстанях, тобто існує так званий дальній порядок. Із зниженням температури ступінь ближнього порядку та розміри мікрооб’ємів з правильним розміщенням атомів зростає. При цьому утворюються зародки здатні до кристалізації – ц ентри кристалізації. Розрізняють 2 типи кристалізації:

- гомогенна;

- гетерогенна.

І тип. На поверхні зародків з подальшим зниженням температури із рідини осідають атоми, поступово збільшуючи як кількість так і розміри цих зародків. В результаті починає відбуватися самовільна дуже швидка (спонтанна) кристалізація розплаву. Таку кристалізацію (характерну для чистого розплаву називають ГОМОГЕННОЮ.

ІІ тип. Тверді включення в розплаві за своєю будовою можуть бути дуже близькими до металу, що кристалізується, а можуть значно відрізнятися параметрами кристалічної гратки. Чим більше подібність кристалічних граток включень та металу, що кристалізується, тим швидше відбувається нашарування атомів металу на включення. Такі включення є центрами кристалізації або зародками. По мірі нашарування атомів зародки перетворюються у кристали. Такого роду кристалізація називається ГЕТЕРОГЕННОЮ.

Зазначені типи кристалізації характерні для формування кристалів із розплаву, таку кристалізацію ще називають первинною. Якщо процес кристалізації відбувається у твердому стані, то таку кристалізацію називають вторинною. Подібне явище спостерігається під час алотропічних перетворень. Така здатність характерна НЕ для всіх металів.

Кристали, які утворюються в процесі затвердіння металу можуть мати різну форму в залежності від швидкості охолодження, характеру та кількості домішок. Найчастіше в процесі кристалізації утворюються розгалуджені (деревоподібні) кристали, які називають ДЕНДРІТАМИ. Формування кристалів в першу чергу йде у напрямках перпендикулярних до площин з максимальною щільністю упакування атомів. Тобто, відразу утворюються длинні гілки, так звані осі першого порядку. Одночасно на ребрах зароджуються та ростуть перпендикулярно цим гілкам гілки другого порядку, а до них третього і т.д. Дендритна будова характерна для макро- та мікро структури литого металу.

Процес кристалізації залежить від ряду ФАКТОРІВ:

1.Температура. З підвищенням ступіні переохолодження різниця енергії Гібса рідкого та твердого тіла збільшується, що сприяє підвищенню швидкості кристалізації, тобто швидкість утворення зародків та їх росту. Але таке переохолодження повинно мати свої межі, бо при цьому знижується швидкість дифузії та ускладнюється утворення та збільшення кристалів. При дуже низькій температурі кристалізації можливе одержання аморфного стану.

2.Швидкість. При великій швидкості кристалізації утворюються зерна малих розмірів, тобто формується мілкозерниста структура. Величина зерен суттєво впливає на властивості металів. Із зменшенням зерен механічні властивості зростають.

3 .Наявність зародків кристалізації. В одному і тому ж об’ємі металу кількість зерен буде збільшуватися, а величина їх буде зменшуватися, якщо в розплав перед його кристалізацією штучно ввести додаткові центри кристалізації у вигляді мілких тугоплавких частинок (нітридів, карбідів, силіцидів). Цей прийом дуже часто використовують на практиці для підвищення механічних властивостей. Таке штучне введення центрів кристалізації називають МОДИФІКАЦІЄЮ, речовини, що вводяться називають модифікаторами. Їх вводять в кількості 0,1-0,3% від маси рідкого металу. Модифікатори є додатковими центрами кристалізації і тому вони можуть або зменшувати зерно, або якщо вони є повернево-активними речовинами можуть осідати на поверхні зростаючих зерен, ізолюючи їх від розплаву та обмежуючи їх зростання.

2.4.БУДОВА РЕАЛЬНИХ КРИСТАЛІВ, ДЕФЕКТИ КРИСТАЛІЧНОЇ ГРАТКИ, ДИФУЗІЯ.

З процесом кристалізації безпосередньо пов’язане зародження різноманітних недосконалостей та дефектів кристалічної структури. Локальні недосконалості (дефекти) у будові кристалів притаманні всім металам. Ці порушення ідеальної структури твердих тіл суттєво впливають на їх фізичні, хімічні, технологічні та експлуатаційні властивості. Не маючи уявлення про дефекти реальних кристалів неможливо зрозуміти явище пластичної деформації, зміцнення та руйнування сплавів та інш.

Дефекти кристалічної будови зручно класифікувати за їх геометричною формою та розмірами:

точкові (нумельні) малі за розміром у всіх напрямках,

їх розміри не більші декількох атомних діаметрів – це вакансії, міжвузельні атоми, домішкові атоми;

лінійні (одномірні) малі у двох напрямках, а в третьому напрямку вони сумірні із довжиною кристала – це дислокації, ланцюжки вакансії, та міжвузельних атомів;

поверхневі(двомірні) малі тільки в одному напрямку та мають плоску форму – це межі зерен, блоків, двійників, межі доменів;

об’ємні(тримірні) мають у всіх трьох вимірах відносно великі розміри –це пори, тріщини.

Вакансії – вузли гратки в яких атоми відсутні в результаті переходу на поверхню кристалу. Дислокований атом – атом, який проникає у міжвузельний простір гратки. Ці дефекти (вакансії та дислоковані атоми) викликають викривлення граток, яке розповсюджується приблизно на п’ять параметрів, вони безперервно переміщуються внаслідок нерівномірного розподілу енергії між атомами. Переміщуючись хаотично по кристалічній гратці вакансії зустрічаються з вакансіями та утворюють дислокації. Розрізняють дислокації:

лінійні (крайові) - зміщення у площині поверхні;

гвинтові (спіральні) – зміщення у гвинтовій площині.

Наявність дислокацій та недосконалостей кристалів з одного боку обумовлює послаблюючий ефект, а з іншого боку за певних умов – зміцнюючий. Сутність зміцнення полягає у гальмуванні дислокацій та утворенні перешкод для їх переміщення. Взаємодія дислокацій різноманітна та складна. Вони можуть взаємодіяти в одній або в різних площинах, мати різнойменний або однойменний знак. Як зазначалося вище метал в процесі кристалізації набуває зернистої структури. На межах зерен в процесі кристалізації металу накопичуються різноманітні домішки, утворюються дефекти, неметалічні включення, оксидні плівки. В результаті чого руйнується металічний зв’язок та зменшується міцність металу. Тобто, стан межі зерен металу має великий вплив на його властивості.

ДИФУЗІЯ.

Внутрішній стан твердого тіла являє собою динамічну картину, що обумовлена не тільки коливальним рухом атомів, переміщенням електронів, але й зміщенням атомів на відстань, що ПЕРЕВИЩУЄ середню міжатомну відстань даної речовини. Таке зміщення атомів називають дифузією. Вакансії, міжвузельні та проникні атоми відіграють велику роль у процесі дифузії. Дифузна рухомість характеризується коефіцієнтом дифузії та залежить від температури. Якщо переміщення атомів не викликане зміною концентрації в окремих об’ємах – такий процес називають самодифузією; якщо ж він пов’язаний із зміною концентрації – то такий процес називають гетеродифузією. Дифузія може проходити за різними механізмами:

- циклічним (переміщення групи атомів);

- обмінним (за рахунок обміну сусідніми атомами);

- вакасіоним (коли місце вакансій займає атом 1, його місце займає атом 2 і т.д.);

- міжвузельним (характерний для дифузії атомів малого радіусу, який може займати будь-яке місце між вузлами гратки).

Найбільш легко дифузія протікає в поверхневих шарах меж зерен, де є вакансії, дислокації, пори, тріщини.

2.5.Методи вивчення складу та будови металів.

До сучасних конструктивних матеріалів, висуваються досить широкі та різноманітні вимоги щодо їх властивостей. Для отримання повної інформації про склад та будову металу використають різноманітні методи. ХІМІЧНИЙ СКЛАД СПЛАВ визначають за допомогою слідуючих видів аналізів: хімічного; спектрального; мікрорентгеноспектрального.

Для вивчення структури та будови металів застосовують наступні методи:

макро- та мікроаналіз;

електронно-зондові:

просвічуюча електронна мікроскопія (ПЕМ);

растрова електронна мікроскопія (РЕМ);

електронографія;

мікрорентгеноспектральний аналіз;

Оже-спектроскопія.

В результаті взаємодії електронів з речовиною об’єкта дослідження виникають характерні електронні та рентгенівські спектри, що дають інформацію про будову хімічний склад даної речовини та інші параметри електронної структури. Роздільна здатність приладів така, що можливе спостереження дефектів кристалічних граток і навіть окремих атомів (іонна мікроскопія). Електрони зонду, що проникають у тверде тіло завдяки високій енергії, взаємодіють з атомами речовини та викликають рентгенівське випромінювання, випромінювання Оже-електронів і катодолюмінісценцію.

Рентгеноструктурний та рентгеноспектральний аналіз – базується на явищі відображення рентгенівських променів з дуже короткою хвилею від атомів у кристалічній гратці досліджуваного об’єкта. Промені,що відображаються від атомних площин реєструються на фотопластинах або фотоплівці у вигляді рентгенограм, що складаються із смужок або концентричними колами різної оптичної щільності. Можна отримати уявлення про конструкцію та параметри кристалічної гратки, що відповідають певним хімічним елементам.