معرفی و شناخت ساختار کریستالی مواد منظم نظیر فلزات و آلیاژها

چکیده مقاله

در بسیاری از شاخه‌های علوم فیزیکی و به ویژه علوم مهندسی مواد دارای ساختار منظم یا به عبارتی ساختار کریستالی کاربرد ویژه و مهمی دارند.


یکی از شاخه‌های مواد منظم فلزات و آلیازها هستند که در کاربردهای مهندسی به ویژه مهندسی مکانیک نقش مهمی را ایفا می‌کنند. در این مقاله می‌خواهیم به معرفی این مبحث بپردازیم.

مواد کریستالی

یک ماده کریستالی ماده‌ای است که در کل فاصله بزرگ مولکولی آن، اتم‌ها در آرایه‌های تکراری یا دوره‌ای قرار گرفته باشند. به عبارت دیگر چیدمان اتم‌های آن دارای ساختار منظم است.

مواد غیرکریستالی

موادی که از چیدمان منظم تعریف مواد کریستالی پیروی نکنند، به مواد غیر کریستالی یا بی‌شکل معروف هستند.

فضای شبکه (Space Lattice) :

  • شبکه یک چیدمان منظم هندسی از نقاط در فضای کریستال است.

  • چیدمان خود به خودی اتم‌ها در الگوی مجزا را فضای شبکه (Space Lattice) می‌‌گویند.
  • اتم ها در ساختار کریستالی در یک الگوی تکراری سه بعدی که به عنوان ساختار شبکه شناخته می‌شود چیده میشوند.
  • آنها به وسیله ساختار گسترده از خطوط بر حسب حجم‌های برابر تقسیم‌بندی می‌شوند. نقاط تقاطع داخلی این خطوط را نقاط شبکه (Lattice Points)می‌نامند.

سلول واحد :

  • سلول واحد کوچکترین قسمت از شبکه است که در تمامی جهات تکرار می‌شود.
  • نمایش بصری سه بعدی از ۱۴ فضای شبکه را به عنوان فضای شبکه براویا می‌شناسند.
  • اگر یک سلول واحد شامل نقاط شبکه تنها در گوشه‌های خود باشد، سلول واحد ساده یا سلول واحد اصلی نامیده می‌شود.
  • سه طول که در راستای x، y و z و همچنین زوایای بین محورها یعنی به عنوان پارامترهای شبکه شناخته می‌شوند.

سیستم کریستال :

شماتیک ساختار کریستال بر حسب هندسه سلول واحد طبقه‌بندی می‌شوند.

انواع سیستم‌های کریستال

  • مکعبی (Cubic)
  • چهار وجهی (Tetragonal)
  • شش وجهی (Hexagonal)
  • راست لوزی یا قائم الزاویه (Orthorhombic)
  • Rhombohedral
  • بلور چلیپایی (Monoclinic)
  • سه شیبی (Triclinic)

 

بیشتر بخوانید : مواد بیوتکنولوژی، بیوپلاستیک، بیوفابریک

سیستم‌های کریستالی ساده

اجسام ساختار مکعبی مرکزگرا ( (BCC) Body Central Cubic Structure )

  • هر سلول واحد شامل ۲ اتم است.
  • ثابت شبکه آن برابر مقدار خواهد بود، که در آن r شعاع اتمی است.
  • ضریب بسته‌ای اتمی (Atomic Packing factor)، APF = 0.68
  • فلزات از این قبیل عبارتند از : وانادیوم (Vanadium)، مولیبدنیوم (Molybdenum)، تیتانیوم (Titanium)، تنگستن (Tungsten).

 

اجسام با مرکزیت وجه‌ها ((FCC)Face Central Cubic)

  • هر سلول واحد شامل ۴ اتم است.
  • ضریب بسته‌ای اتمی، APF = 0.72
  • این نوع ساختارها می‌توانند در نرخ‌های بالا تغییر شکل ماندگار داشته باشند.
  • فلزات از این قبیل عبارتند از : مس (Copper)، آلومینیوم (Aluminum)، فسفر (Phosphorous)، نیکل (Nickel)، کوبالت (Cobalt).

 

اجسام با ساختار شش وجهی بسته ((HCP)Hexagonal Closed Packed Structure )

  • هر سلول واحد شامل ۳ اتم است.
  • c/a نسبت محوری، c فاصله بین صفحات پایه، a عرض شش وجهی
  • نسبت محوری از ۵۸ برای بریلیوم (Beryllium) تا ۱٫۸۸ برای کادمیوم (Cadmium) تغییر می‌کند. (یعنی a = 2.9787 ، c = 5.617).
  • ضریب بسته‌ای اتمی، APF = 0.74
  • فلزات از این دست عبارتند از : روی (Zinc)، کادمیوم (Cadmium)، منیزیم (Magnesium).

 

صفحات و جهات کریستالوگرافیک

لایه‌های اتم ها در طول صفحات که اتم‌ها چیده می‌شوند به عنوان « صفحات اتمی » یا « کریستالوگرافیک » می‌شناسیم.

اندیس‌های میلر

اندیس‌های میلر سیستم نشان‌گذاری است که سو و جهت وجود، صفحات و راستاهای مختلف کریستال را نشان می‌دهد.

اندیس‌های میلر برای صفحات :

  • صفحه ۱۱۰

Intercepts : a , a , ∞

Fractional intercepts : 1 , 1 , ∞

Miller Indices : (110)

  • صفحه ۱۱۱

Intercepts : a , a , a

Fractional intercepts : 1 , 1 , 1

Miller Indices : (111)

صفحات (۱۰۰)، (۱۱۰) و (۱۱۱) که در بالا گفته شد، اندیس‌های پایین صفحات سیستم کریستال مکعبی نامیده می‌شوند.

  • صفحه ۲۱۰

Intercepts : ½ a , a , ∞

Fractional intercepts : ½ , ۱ , ∞

Miller Indices : (210)

بیشتر بخوانید : متالوژی پودر/ معرفی/ فرایند/ روش‌ها


دریافت نسخه PDF مقاله : معرفی ساختار فلزات و آلیاژها / مواد کریستالی

به این مقاله امتیاز بدید!

89%
89%
عالی

یکی از شاخص‌های ما جهت بهبود کیفیت محتوای مقالات ارائه شده استفاده از سیستم امتیازدهی توسط شما کاربران گرامی است. با امتیاز دادن به این مقاله ما را در راستای ارتقا و به‌روزرسانی کیفیت آن راهنمایی نمایید. شما همچنین می‌توانید سوالات، پیشنهادات و انتقادات خود را در پایین همین صفحه از طریق بخش نظرات با ما در میان بگذارید. پیشاپیش از توجه شما دوست عزیز سپاسگزاریم.

  • امتیاز تخصصی
    8.9
  • امتیاز کاربران (رای‎ها)
    9.4
اشتراک‌گذاری