Полікристалічне (зернисте) будова матеріалів - студопедія

Кристалічний матеріал може являти собою єдиний, відносно великий кристал, який прийнято називати монокристалом. а може складатися з безлічі дрібних кристаликів, що утворюють певну цілісність. Подібним чином матеріалів називають полікристалічним або зёрністим.

Полікристалічне, тобто зернисту будову спостерігається, зокрема, у металів і сплавів, затверділих в звичайних умовах. Кожне окреме зерно полікристалічного металу або сплаву є мікроскопічним кристалом неправильної форми. Розмір зерен коливається в межах від десятих часток мікрона до декількох міліметрів. Зерна відокремлені один від одного поверхнею розділу або кордоном. представляє собою перехідний шар, товщиною близько 5-10 міжатомних відстаней. Протягом кордону кристалічна структура одного зерна плавно переходить в кристалічну структуру сусіднього зерна. Порядок розташування атомів на кордонах зерен сильно порушений. Кут разориентация кристалічних решіток в сусідніх зернах (кут # 945;) є довільним (рис 2.). Іншими словами, зерна випадковим чином орієнтовані в просторі.

Мал. 2. Орієнтація кристалічних решіток в сусідніх зернах.

Самі зерна складаються з фрагментів, які в свою чергу діляться на блоки. Кут разориентация кристалічних решіток в сусідніх фрагментах не перевищує 5º, а для сусідніх блоків становить величину від декількох хвилин до декількох секунд.

Причиною зернистої будови металів і сплавів є те, що вони кристалізуються відразу з декількох центрів. У початковий момент затвердіння в рідкому розплаві з'являються зародки кристалів, які починають рости. В наступний момент часу з'являється чергова порція зародків, які також ростуть. І так до тих пір, поки весь матеріал не закрісталлізуется. На заключному етапі кристалізації сусідні кристали приходять в зіткнення і заважають один одному зростати. Тому вони набувають неправильну форму - форму зерен.

Якщо в процесі кристалізації створювати спеціальні умови, коли придушуються всі зародки крім одного або декількох, вдається виростити відносно великий монокристал металу або сплаву, який набуває правильної форми. В іншому випадку формується полікристалічна структура матеріалу.

Спостерігати зернисту структуру металевих матеріалів можна тільки в мікроскоп при великому збільшенні на спеціально підготовлених зразках. Цю, що спостерігається в мікроскоп зернисту структуру матеріалів, називають микроструктурой.

Оскільки метали і сплави є непрозорими матеріалами, то для вивчення їх мікроструктури необхідний спеціальний металографічний мікроскоп, що працює за принципом відображення світлових променів від доведеної до дзеркального блиску, полірованій поверхні зразка. Для виявлення зерен полірованій поверхні зразка піддають травленню, тобто обробляють різними реактивами, зокрема, кислотами. Кислота в першу чергу роз'їдає кордону зерен і на їх місці з'являються поглиблення, які не відображають, а розсіюють світло, що падає на поверхню зразка. В результаті кордони зерен стають видимими і виявляються під мікроскопом у вигляді темних смужок. Зразок металевого матеріалу, спеціально підготовлений для вивчення його мікроструктури, називають мікрошліф.