Fan va san'at uyg'unligi sodir bo'lgan metallurgiya sohasida uzoq vaqtdan beri tadqiqotchilar va muhandislarni chalkashtirib yuborgan jozibali hodisa mavjud. Bu qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalarga intilish, g'ayrioddiy imkoniyatlar dunyosini ochish uchun kalitni o'z ichiga olgan izlanishdir.
Materiallarning mustahkamligi va mustahkamligini oshirishdan tortib, qurish va yaratish uslubimizni inqilob qilishgacha, bu benuqson tartiblarning sirlarini ochishning shoshilinchligi hech qachon bu qadar muhim bo'lmagan.
Mukammal kristallarning maftunkor olamiga sayohatga tayyorlaning, bu erda biz mumkin deb o'ylagan narsalarning chegaralari keng ochiladi.
Qotishmalarda mukammal kristall struktura nima?
Qotishmalardagi mukammal kristalli struktura hech qanday nuqson va aralashmalarsiz kristalli tuzilishga ishora qiladi. Metallurgiyada muhim ahamiyatga ega, chunki u materialning fizik va mexanik xususiyatlariga ta'sir qiladi.
Kristal tuzilishi va simmetriyasi ko'plab jismoniy xususiyatlarni aniqlashda muhim rol o'ynaydi, masalan, parchalanish, elektron tarmoqli tuzilishi va optik shaffoflik.
Kristal strukturaning atomik joylashuvi materialning mustahkamligini, egiluvchanligini va qattiqligini aniqlaydi.
Barkamol kristall strukturasi mustahkamlik va egiluvchanlikni oshirish kabi mexanik xususiyatlarni yaxshilashga, shuningdek korroziyaga chidamliligini oshirishga olib kelishi mumkin.
Bu qanday ishlaydi?
Barkamol kristall tuzilmalar qotishmalarning mexanik xususiyatlariga bir necha jihatdan yordam beradi. Qotishma metallni kuchliroq qiladi. Qotishma hosil bo'lganda, turli elementlarning atomlari sof elementlarning kristal tuzilishidan farq qiladigan kristall tuzilishda joylashadi.
Ushbu kristall struktura atomlarning boshqa joylashuviga ega bo'lishi mumkin, bu esa qotishmaning mexanik xususiyatlarining o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Misol uchun, temirga uglerod qo'shilsa, po'lat hosil bo'lishi mumkin, bu esa sof temirdan kuchliroqdir.
Metallning kristall tuzilishi uning xususiyatlarini aniqlaydi. Metallning kristall tuzilishi uning mustahkamligi, egiluvchanligi, qattiqligi va boshqa mexanik xususiyatlariga ta'sir qilishi mumkin. Misol uchun, alyuminiy va mis kabi yuzi markazlashtirilgan kubik (FCC) kristalli tuzilishga ega bo'lgan metallar temir va volfram kabi tanaga markazlashtirilgan kubik (BCC) kristalli tuzilishga ega bo'lgan metallarga qaraganda odatda egiluvchanroqdir.
Kristalli panjaradagi dislokatsiyalar mahalliy kuchlanish maydonlari bilan bog'liq bo'lgan chiziq nuqsonlaridir. Dislokatsiyalar mukammal kristal tuzilishi uchun zarur bo'lganidan kamroq stressda kesish imkonini beradi. Mahalliy kuchlanish maydonlari dislokatsiyalar o'rtasidagi o'zaro ta'sirga olib keladi, bu esa keyinchalik deformatsiyaning qattiqlashishiga yoki sovuq ishlov berishga olib keladi.
Deformatsiyaning qattiqlashishi metallning mustahkamligini oshirishi mumkin, ammo u uning egiluvchanligini ham kamaytirishi mumkin.
Don chegaralari material orqali dislokatsiyalar harakatini buzadi, shuning uchun kristallit hajmini kamaytirish Hall-Petch munosabatlarida tasvirlanganidek, kuchni yaxshilashning keng tarqalgan usuli hisoblanadi. Xoll-Petch munosabatlari shuni ko'rsatadiki, metallning mustahkamligi uning donalari hajmining pasayishi bilan ortadi.
Buning sababi shundaki, kichikroq donalar ko'proq don chegaralarini bildiradi, bu esa dislokatsiyalarning harakatiga to'sqinlik qilishi va metallning mustahkamligini oshirishi mumkin.
Dislokatsiyalar va don chegaralari qotishmaning mexanik xususiyatlariga ham ta'sir qilishi mumkin.
Qotishmalarda mukammal kristall tuzilmalarning shakllanishiga ta'sir qiluvchi omillar quyidagilardir:
- Tarkibi: qotishma tarkibi hosil bo'lgan kristall tuzilishga ta'sir qiladi. Mukammal tartibli ikkilik kristallar past haroratlarda ko'pchilik qotishmalarda keng tarqalgan.
- Atom qadoqlash koeffitsienti (APF): APF - bu kristall strukturadagi bir xil sharlar bilan to'ldirilgan bo'shliqning nisbati. Atomlarning qadoqlanishi qanchalik yaqin bo'lsa, kristall tuzilishi shunchalik barqaror bo'ladi.
- Kamchiliklar: Haqiqiy kristallarda yuqorida tavsiflangan ideal tartibdagi nuqsonlar yoki tartibsizliklar mavjud va kristall strukturaning ko'pgina xususiyatlarini tanqidiy ravishda aniqlaydigan bu nuqsonlar. Nopokliklar, etishmayotgan yoki noto'g'ri joylashtirilgan atomlar yoki ionlar yoki tashqi stress tufayli nuqsonlar paydo bo'lishi mumkin.
- Don chegaralari: don chegaralari kristall strukturasidagi nuqsonlar bo'lib, ular materialning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligini pasaytiradi. Ular, shuningdek, mustahkamlik va egiluvchanlik kabi metallarning ko'plab mexanik xususiyatlari uchun muhimdir.
- Sovutish tezligi: qotishmaning sovish tezligi hosil bo'lgan kristall tuzilishga ta'sir qiladi. Tez sovutish shishasimon metallarning paydo bo'lishiga olib kelishi mumkin, sekinroq sovutish esa ko'proq nuqsonli katta kristallarning paydo bo'lishiga olib keladi.
Ko'pgina turdagi qotishmalarda mukammal kristalli tuzilmalarga erishish mumkin, chunki metallar va qotishmalar kuchli kristallanish tendentsiyasiga ega. Biroq, qotishmalarda mukammal kristall tuzilmalarga erishish uchun maxsus talablar mavjud.
Misol uchun, ba'zi bir juft elementlar past haroratlarda mukammal tartibga ega bo'lgan metall kristallar bo'lgan qotishmalarni hosil qiladi.
Metall va qotishmalarning kristall tuzilishi juda nosimmetrik va zich joylashgan atom tuzilishi bilan belgilanadi.
Metall va qotishmalarda eng keng tarqalgan kristall tuzilmalar tanaga markazlashtirilgan kubik (BCC), yuz markazlashtirilgan kubik (FCC) va olti burchakli yaqin o'ralgan (HCP) dir.
Metall bog'lanishning yo'nalishsiz tabiati bu juda nosimmetrik zich o'ralgan tuzilmalarga olib keladi.
Qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalarni tahlil qilish va tavsiflash uchun tadqiqotchilar va muhandislar turli xil usullardan foydalanadilar, jumladan, tarqalish tajribalari, rentgen nurlari difraksiyasi (XRD), elektronning orqaga tarqalishi diffraktsiyasi (EBSD), Rietveld tahlili, Uilyamson-Xall (WH) tahlil usuli, va elektron zichlik sohasi nazariyasi.
Bu usullar kristall strukturasini, panjara parametrlarini, faza miqdorini, kristallit hajmini, panjara deformatsiyasini va qotishmalarning boshqa xususiyatlarini aniqlashda yordam beradi.
Mukammal kristall tuzilmalardagi nuqsonlar va kamchiliklarni o'rganish uchun bir nechta eksperimental usullar qo'llaniladi. To'g'ridan-to'g'ri usullardan biri - kristall panjaradagi atomlar orasidagi masofa bo'lgan panjara doimiysi o'zgarishini o'lchashdir.
Boshqa usullarga rentgen nurlari difraksiyasi, transmissiya elektron mikroskopiyasi va pozitron annigilyatsiyasi spektroskopiyasi kiradi.
Ushbu usullar nuqta nuqsonlari, chiziq nuqsonlari, planar nuqsonlar va ommaviy nuqsonlar kabi turli xil nuqsonlarni aniqlashga yordam beradi.
Zichlikning funktsional nazariyasiga asoslangan birinchi printsiplarni hisoblash kabi hisoblash usullari metall qotishmalaridagi nuqsonlarning energiyalari va elektron tuzilmalarini ham aniq tasvirlashi mumkin.
Barkamol kristall tuzilmalar qotishmalarning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligiga sezilarli ta'sir ko'rsatishi mumkin. Barkamol kristall tuzilmalar elektronlar oqimiga to'sqinlik qiladigan nuqsonlar va aralashmalar sonini kamaytirish orqali qotishmalarning elektr o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin.
Ular, shuningdek, qattiq moddalardagi issiqlikni uzatish uchun mas'ul bo'lgan fononlarning oqimiga to'sqinlik qiladigan nuqsonlar va aralashmalar sonini kamaytirish orqali qotishmalarning issiqlik o'tkazuvchanligini oshirishi mumkin.
Qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalar turli sohalarda, jumladan materialshunoslik, optika va elektronika va turbina pichoqlarida amaliy qo'llanmalarga ega. Yagona kristallar tadqiqotda, ayniqsa kondensatsiyalangan moddalar fizikasida va materialshunoslikning barcha jabhalarida muhim ahamiyatga ega.
Ular noyob optik va elektron xususiyatlari uchun texnologik ilovalarda qo'llaniladi.
Yagona kristalli qattiq jismlar, shuningdek, turbina pichoqlari kabi past issiqlik o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan materiallarni ishlab chiqarishda ham qo'llaniladi.
Qotishmalarda mukammal kristall tuzilmalarga erishish va saqlash bir nechta cheklovlar tufayli qiyin bo'lishi mumkin. Qattiqlashuv, qotishma elementlari, sovutish tezligi va kristall tuzilmasini nazorat qilish mukammal kristall tuzilmalarga erishishda duch keladigan muammolardan biridir.
Ushbu cheklovlar kristall strukturasida nuqsonlar va nuqsonlarning shakllanishiga olib kelishi mumkin, bu esa qotishmaning xususiyatlari va ishlashiga ta'sir qilishi mumkin.
qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalar metallurgiyada yangi va takomillashtirilgan materiallarni ishlab chiqishda muhim rol o'ynaydi. Qotishmalarning kristall tuzilishini tushunish turli sharoitlarda ularning xossalari va harakatlarini bashorat qilishga yordam beradi.
Tadqiqotchilar va muhandislar qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalarni tahlil qilish va tavsiflash uchun eksperimental va nazariy usullarning kombinatsiyasidan foydalanadilar.
Kristal tuzilishini o'rganish va nazorat qilish orqali metallurglar turli xil ilovalar uchun kerakli xususiyatlarga ega qotishmalarni loyihalashlari mumkin.
Yakunlovchi so'zlar va tavsiyalar
Shunday qilib, biz qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalar tushunchasini o‘rganib, metallurgiyaning maftunkor olamiga chuqur kirib bordik. Aytmoqchimanki, bu juda hayratlanarli sayohat bo‘ldi. Biz bu qotishmalarning qanday hosil bo‘lishi, ularning atomlari qanday qilib mukammal ko‘rinadigan tarzda joylashishi sirlarini ochdik. Ammo endi, aziz o‘quvchi, bir qadam orqaga chekinish va kattaroq rasm ustida o‘ylash vaqti keldi.
Bir lahzaga qo'lingizda metall bo'lagini ushlab turganingizni tasavvur qiling. Bu yalang'och ko'zga qattiq va bir xil ko'rinishi mumkin, lekin do'stim, kattalashtiring va siz butunlay yangi koinotni kashf etasiz. Bu oddiy ko'rinadigan metall parcha ichida atomlarning murakkab joylashuvi yotadi, ularning har biri kristall panjara hosil qilish uchun juda yaxshi joylashadi. Bu mikroskopik raqs kechasiga o'xshaydi, unda har bir atom o'z o'rnini biladi va mukammal uyg'unlikda harakat qiladi.
Ammo bu yerda meni hayratda qoldiradigan narsa bor: mukammallik har doim ham ko‘ringandek bo‘lavermaydi. Ko'ryapsizmi, hatto bu mukammal kristall tuzilmalarda ham soyada yashiringan kamchiliklar bor. Bo'shliqlar, dislokatsiyalar va hatto nopokliklar tartibni buzishi va panjara ichida kichik nuqsonlarni yaratishi mumkin. Bu beg‘ubor olmosda yoriq topishga o‘xshaydi, bu dunyoda hech narsa mukammal emasligini eslatadi.
Va shunga qaramay, bu kamchiliklar yomon narsa emas. Aslida, ular qotishmalarga ba'zi ajoyib xususiyatlarni berishi mumkin. O'ylab ko'ring: bu nuqsonlarsiz metallar mo'rt va zaif bo'lar edi. Aynan nomukammallik ularga kuch va moslashuvchanlikni beradi, tabiat kuchlariga qarshi turishga va bizga behisob xizmat qilishiga imkon beradi.
Xullas, aziz o'quvchim, biz qotishmalardagi mukammal kristall tuzilmalarni o'rganishni yakunlar ekanmiz, keling, nomukammallikning go'zalligini qadrlashga bir oz vaqt ajrataylik. Eng tartibli va tuzilgan tizimlarda ham tartibsizlik va oldindan aytib bo'lmaydigan holatlar mavjudligiga hayron bo'laylik. Va shuni esda tutaylikki, ba'zida nuqsonlar haqiqatdan ham g'ayrioddiy qiladi.
Keyingi safar qo'lingizda metall bo'lagini ushlab tursangiz, diqqat bilan qarang. Sirtdan tashqariga qarang va kamchiliklarni qabul qiling. Ular mukammallik yakuniy maqsad emas, balki kutilmagan hodisalar va kutilmagan burilishlar bilan to'ldirilgan sayohat ekanligini eslatib turadi. Va kim biladi, ehtimol, bu kamchiliklarda siz haqiqatan ham ajoyib narsani topasiz.
Havolalar va havolalar
- Kristallar va kristall tuzilmalar
- Metall va qotishmalarning tuzilishi
- Alyuminiy va uning qotishmalarining kristallografiyasi
- Ko'p asosiy metall elementlar bilan Cu-Co-Ni-Cr-Al-Fe-Ti-V qotishmalarida oddiy kristall tuzilmalarning shakllanishi
- Cu-Sn tizimi: uning barqaror va metastabil fazalarining kristall tuzilmalarini har tomonlama ko'rib chiqish
Mavzu bo'yicha mening maqolam:
Mukammal kristal nima va ular nima uchun mavjud emas?
Ulashish…
