- Műszaki alapismeretek
- Anyagismeret
- Fémes anyagok szerkezete (Metallográfia)
- 4 foglalkozás
Egyszerű köbös rács
Egyszerű köbös térrácsa csak a Pollóniumnak van. Koordinációs száma 6, térkitöltési tényezője 0,52, a legnagyobb beilleszthető gömb átmérője a rácsparaméter 0,73 - szorosa.
Térkitöltési tényező
A térkitöltési tényező azt mutatja meg, hogy az elemi cellában elhelyezkedő (gömböknek tekintett) atomok által kitöltött térfogat hogyan aránylik a cella térfogatához. Ez a szám mindig kisebb mint egy.
Technológiai tulajdonságok
A technológiai tulajdonságok a fémek alakíthatóságára és megmunkálhatóságára vonatkoznak.
Folyékony
A folyadék halmazállapot olyan, amelyben a részecskék helyhez kötöttsége megszűnik és az anyag a tartóedény alakját veszi fel.
Burgers-vektor
Azt, hogy egy adott kristályrács részletben van-e diszlokáció, az úgynevezett Burgers-kör árulja el. Ha egy pl. 5X5 atom alkotta rácsrészletet az egyik atomtól kiindulva képzeletben körbejárunk, akkor a körnek hibátlan kristály esetén záródnia kell. Ha a vizsgált részletben diszlokáció van, akkor a körnek zárás hibája lesz. A hiányzó szakaszt pótoljuk a Burgers-vektorral, amely vektor tulajdonsága miatt nemcsak a rácshiba nagyságát, hanem irányát, sőt a diszlokáció típusát is elárulja.
Monoklin kristályrács
A monoklin, vagy egyhajlású kristályrácsban az atomok egy romboid alapú merőleges hasáb csúcspontjaiban helyezkednek el. A rácsállandó tehát mindhárom irányban különböző, és két koordináta tengely szöge eltér a derékszögtől.
Triklin kristályrács
A triklin kristályrácsban a koordináta tengelyek által bezárt szögek nem derékszögek, és mindhárom rácsparaméter különböző.
Transzláció
A diszlokáció mozgását transzlációnak nevezzük. A transzlációt okozhatja külső erő, de üres rácshely segítségével végbemenő kúszás is.
Szervetlen anyag
A szervetlen vegyületekhez tartoznak azok a vegyületek amelyek szenet nem tartalmaznak.
Kezdő repedés
A diszlokációk az idegen atomok, zárványok, krisztallit határok közelében elakadnak. Az akadály előtt felsorakozó diszlokációk és üreggé egyesülő üres atomhelyek kezdő repedést alkotnak. Ezt tekintjük a fémkristály törését kiváltó folyamatnak.
Hexagonális kristályrács
A hexagonális kristályrácsban az atomok egy szabályos hatszög alapú hasáb csúcspontjaiban helyezkednek el. Koordinációs száma 12, térkitöltési tényezője 0,74, a legnagyobb beilleszthető gömb átmérője a rácsparaméter 0,293 - szorosa. Ilyen szerkezete van a magnéziumnak, kadmiumnak, grafitnak, molibdéndiszulfidnak, stb.
Kristályos
Az alkotórészecskék szabályos térbeli elrendeződésűek, emiatt éles az olvadáspont. Keménységük, a kristály alakja a rácsszerkezettől függ.
Ionkristály
Az ionkristályban az ionokat Coulomb erő tartja össze, amely minden irányban hat. Nincs értelme tehát sem kötési szögről, sem molekuláról beszélni. A kristály geometriai rendjét az ionok méretarányai és töltésük határozza meg. Az ionkristály az elektromos áramot gyengén vezeti, képlékeny alakításra csak kismértékben alkalmas. Ilyen például a konyhasó (NaCl) kristály.
Rácsparaméter
A kristályrács valamely koordinátatengelyének irányában mért hosszegység. Ez lehet a három koordináta tengelyen egyforma, de különböző is.
Kristályrendszer
Az atomok helyzetét a kristályrácsban megfelelően megválasztott koordinátarendszer koordinátáival adjuk meg. A koordinátatengelyek szögeit a, b, g-val, a tengelyek hosszegységeit a, b, c-vel jelöljük. A fémekben előforduló valamennyi kristályrendszer leírható hét tengelyrendszerrel. Ezek: köbös, tetragonális, orthorombos, trigonális, hexagonális, monoklin, triklin.
Trigoniális kristályrács
A trigoniális, más néven romboéderes kristályrácsnál a tengelyek által bezárt szög eltér a 90°-tól, de a rácsparaméterek mindhárom irányban egyenlőek. Az atomok tehát hat egybevágó, páronként párhuzamos rombusz által alkotott test csúcspontjaiban helyezkednek el.
Köbös kristályrács
A köbös, vagy szabályos kristályrácsban az atomok egy szabályos kocka csúcsaiban helyezkednek el. (a = b = g = 90°; a = b = c.)
Fémkristály
A fémek kristályaiban a vegyértékelektronok az egész kristályrácsban szabadon mozoghatnak. Ebben rejlik a fémek két alapvető tulajdonsága, amely a többi kristályos szerkezetű anyagtól megkülönbözteti őket: az alakíthatóság és az elektromos vezetőképesség.
Egykristály
Ha az elméletileg leírt, és a valóságban létrejött kristályszerkezet megegyezik, tökéletes rácsszerkezetről, más néven egykristályról beszélünk. Egykristályt csak különleges körülmények között (pl. súlytalansági állapotban), korlátozott méretekben tudunk előállítani. A valódi kristályokban mindig vannak rácshibák, ezért ezek egy nagyságrenddel kisebb teherbírásúak, mint az egykristály.
Ikerkristály
Az ikerkristály a rétegződési hibák jellegzetes formája. Ekkor a két tartományt elválasztó határ (ikerhatár) két oldalán elhelyezkedő atomok rendje egymás tükörképe.
Kovalens kötés
A kovalens kötés jön létre, ha reakciópartnerek mindegyike erősen vonzza a vegyérték elektronjait. Ekkor néhány elektronpár közös molekulapályára kerül, így alakul ki a telített héj.
Szerves anyag
A szerves vegyületek a szén különböző elemekkel (főképpen a hidrogénnel és az oxigénnel, ritkábban kénnel, nitrogénnel, foszforral, stb.) képzett vegyületei.
Rétegződési hiba
A rétegződési hiba a felületi kristályrács hibák közé tartozik. Lényegében az adott rend szerint kristályosodó rács egy-két sora más rendszer szerint helyezkedik el. Például lapközepes köbös rendszerben hexagonális rácsrendű réteg keletkezik. (Ez gyakran előfordul, hiszen mindkettőnek 12 a koordinációs száma.)
Amorf
Szabálytalan térbeli elrendeződésűek, emiatt nincs éles olvadáspont (melegítéskor fokozatosan megpuhul).
Ion méret
A pozitív ionok esetében általában a külső héj összes elektronja távozik az atomtörzsről, ezért a kationok sokkal kisebbek a semleges atomnál. Anionoknál a helyzet természetesen fordított.
Mechanikai tulajdonságok
A mechanikai tulajdonságok határozzák meg az anyag viselkedését, ha arra erő, úgynevezett mechanikai igénybevétel hat.
Interstíciós rácshiba
Ha saját, vagy idegen atom ékelődik a többi atom közé, interstíciós rácshibáról beszélünk. A rácsponton kívül beékelődött saját atomok a kristályrácsot erősen deformálják. Idegen atom interstíciós elhelyezkedése általában csak akkor fordul elő, ha mérete a saját atomokhoz képest kicsi.
Elem
Egyszerű anyag. Sem fizikai, sem kémiai változással további anyagokká nem bontható. Kémiailag azonos tulajdonságú atomok alkotják.
Szemcsehatár
A krisztallitok találkozásánál néhány atomtávolságnyi erős rendezetlenséget mutató átmeneti zóna alakul ki. Ezt szemcsehatárnak nevezzük, és szintén a felületi rácshibákhoz soroljuk.
Csavardiszlokáció
A vonaldiszlokációt okozó csúsztatófeszültségre merőleges feszültség által okozott kristályrácshibát csavardiszlokációnak nevezzük.
Rácshibák
A valódi fémkristályok felépítése nem tökéletes, különféle rendezetlenségeket, kristályosodási hibákat tartalmaznak. Ezek lehetnek: pontszerűek, vonalszerűek és felületszerűek.
Térközepes köbös rács
A térközepes köbös rácsnál a kocka közepén is elhelyezkedik egy atom. Koordinációs száma 8, térkitöltési tényezője 0,68, a legnagyobb beilleszthető gömb átmérője a rácsparaméter 0,252 - szerese. Ilyen szerkezete van például a krómnak, vanádiumnak, wolframnak és bizonyos körülmények között a vasnak és a titánnak is.
Lapközepes köbös rács
A lapközepes köbös rácsban az elemi cellát alkotó kocka csúcspontjain kívül, a az oldallapok középpontjaiban is van egy atom. Koordinációs száma 12, térkitöltési tényezője 0,74, a legnagyobb beilleszthető gömb átmérője a rácsparaméter 0,293 - szorosa. Ilyen kristályszerkezete van többek között a réznek, aranynak, ezüstnek, ólomnak, nikkelnek és bizonyos körülmények között a vas is felveheti ezt az állapotot.
Kovalens kötésű kristály
A kovalens kötésű kristályokban úgy mozognak az elektronok az atommagok körül, hogy minden egyes atommag körül kialakul a nemesgázokéhoz hasonló elektronkonfiguráció. A kovalens kristályok ridegen törnek, elektromos szempontból szigetelők, hiszen az elektronok mozgástartománya igen szűk környezetre korlátozódik.
Frank-Read forrás
Két egymást keresztező diszlokáció akadályozza egymás mozgását. Azonban csak a metszéspont veszíti el a mozgásképességét, ezért a vonaldiszlokáció spirálissá torzul. Ha két pontban rögzül a diszlokáció, akkor a két pont közötti szakasz egy önmagába visszatérő kettősspirálissá válik. Mivel a folyamat mindig visszatér a kiinduló állapotba, tehát ismétlődik, ezért nevezzük a felfedezői után Frank-Read forrásnak.
Orthorombos kristályrács
Az Orthorombos, vagy egyszerűen rombos kristályrácsban a tengelyek egymással 90°-ot zárnak be, de a rácsparaméterek mindhárom irányban különbözőek. Az atomok tehát egy téglatest csúcspontjaiban helyezkednek el.
Légnemű
A légnemű halmazállapot olyan, amelyben a részecskék szabadon mozoghatnak és teljes egészében kitöltik a tartályt. Ebben az állapotban az anyagok sűrűsége viszonylag kicsi.
Diszlokáció
Az olyan kristályrács hibákat, amelyek a rács atomjainak egész sorára kiterjednek, diszlokációnak nevezzük. A diszlokációk leglényegesebb tulajdonsága, hogy a fémrácsban mozogni képesek. Ez okozza a fémek könnyű alakíthatóságát.
Ion kötés
Ion kötés jön létre, ha két olyan atomfajta kapcsolódik össze, amelyek közül az egyik könnyen leadja vegyérték elektronját, a másik pedig képes megkötni azt. Az így kialakult ionokat Coulomb-erő tartja össze.
Tetragonális kristályrács
A Négyzetes, vagy tetragonális kristályrácsban a fématomok egy négyzetes hasáb csúcsaiban helyezkednek el. (a = b = g = 90°; a = b, de c > vagy < a.)
Krisztallit
Egy edényben történő kristályosodás során a fejlődő kristályok egymást akadályozzák a növekedésben. A kialakuló szabálytalan külső felületű kristályokat krisztallitnak nevezzük.
Vegyület
Összetett anyag. Alkotórészeire csak kémiai változással bontható. Összetevői egymáshoz viszonyított aránya szigorúan állandó.
Elemi cella
Elemi cella, más néven rácselem: az a legkisebb (több atomból álló) geometriailag szabályos idom, amelynek ismétlődéséből épül fel a kristály.
Fizikai tulajdonságok
Fizikai tulajdonságoknak nevezzük az anyagok elektromos, mágneses, hőtani, akusztikai, optikai tulajdonságait.
Vegyi tulajdonságok
Olyan tulajdonságok, amelyek meghatározzák az anyagok sajátos viselkedését a kémiai reakciók során.
Koordinációs szám
A koordinációs szám mutatja meg, hogy a vizsgált atomnak a kristályrácsban hány közvetlen szomszédja van.
Szilárd
A szilárd halmazállapot olyan, amelyben az anyag alakja és térfogata meghatározott, és külső erőkkel szemben ellenállást fejt ki.
Szubsztitúciós rácshiba
Szubsztitúciós elhelyezkedés esetén egy idegen atom foglalja el valamelyik kristályrács pontot. A saját atomnál nagyobb méretű atomok növelik, a kisebbek csökkentik a rácsot.
Fémes kötés
A fémek kis elektronegativitásuk miatt akkor kerülnek stabil állapotba, ha elektront adnak le. Ha nincs olyan reakciópartnerük, amely felvenné ezeket az elektronokat, akkor ezek az elektronok az egész kristályra kiterjedő szabad pályára kerülnek. A fémek ezért mindig kristályos szerkezetűek.
Elektronegativitás
Az elekronegativitás (EN) annak az erőnek a jellemzésére alkalmas, amelyet az atomtörzs fejt ki a kötésben résztvevő elektronokra. A periódusos rendszerben az EN soronként növekszik, maximumát a halogén elemeknél éri el.
Térrács
Az atomok helyzetét a kristályban úgy adjuk meg, hogy a teret olyan egyenes vonalak hálózatával osztjuk fel, amelyek metszéspontjaiban helyezkednek el az atomok. Ezt a hálózatot térrácsnak nevezzük. A térrácsban minden rácspont környezete azonos.
Pontszerű rácshibák
A pontszerű rácshibák lehetnek üres atomhelyek, interstíciós atomok, és idegen atomok interstíciós, vagy szubsztitúciós helyen.
Atom méret
Egy atom határa az elektronok helybizonytalansága miatt pontosan nem állapítható meg. A legtöbb adat szilárd minták rácsparamétereinek mérési eredményeiből származik.
21. századi közoktatás - fejlesztés, koordináció (TÁMOP-3.1.1-08/1-2008-0002)