металлические кристаллы
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ
кристаллич. вещества, все атомы которых объединены металлическими связями — валентные электроны металла делокализованы по всему пространству кристаллич. решетки, образуемой его положит. ионами. Структуры М. к. характеризуются плотной и плот-нейшей упаковкой (см. плотная упаковка) положит. ионов. Сферич. симметрия частиц, составляющих М. к., объясняется ненаправленностью металлич. связи. Изменение электронной концентрации (число электронов, приходящихся на один атом или на единицу объема) при изменении номера группы в периодич. системе определяет закономерную смену структур. Так, Na и др. щелочные металлы кристаллизуются в объемноцентрир. кубич. решетке (ОЦК), Be, Mg и др. щел.-зем. металлы, кроме Ва, — в гексагон. компактной (ГК), Al — в гранецентрир. кубической (ГЦК). Именно эти три типа структуры характерны и для металлов групп Cu (ГЦК) и Zn (ГК), а также др. переходных металлов. Закономерности смены структуры в зависимости от положения элемента в табл. Менделеева усложняются явлением полиморфизма. Полиморфизм (в зависимости от температуры и давления) характерен для большинства металлов. Высокотемпературной модификацией чаще всего оказывается ОЦК структура. Не обнаружены полиморфные модификации у переходных элементов V-VI гр. (V, Cr, Nb, Ta, Mo, W), имеющих ОЦК структуру, у переходных элементов конца длинных периодов (Ni, Pd, Pt), а также у Ag, Au и Cu, кристаллизующихся в ГЦК решетке.
Кроме названных характерных металлич. структур существуют особые структуры-Zn (гексагон. решетка с аномально большим отношением параметров с/а и координац. числом 12), Hg (ромбоэдрич.), In (тетрагональная). Эти структуры можно рассматривать как характерные метал-лич., но искаженные из-за потери сферич. симметрии ионов, что обусловлено наложением на металлич. связь направленной (ковалентной) связи. Среди структур переходных металлов выделяют: многослойные структуры плотнейшей упаковки у некоторых РЗЭ (Nd, Pr, Sm); кристаллич. структуры, характерные для интерметаллидов (a-Mn, имеющий решетку х-фазы, b-Mn — с решеткой одного из типов р-фаз Юм Розери, b-U-c решеткой s-фазы FeCr). Эта аналогия дает основание полагать, что в некоторых переходных металлах атомы могут находиться в разных электронных состояниях и, соотв., вести себя как компоненты хим. соединения. Переходный металлы могут растворять значит. количества не-металлич. элементов с достаточно малым атомным радиусом, таких, как Н, N, С, В, О (образуя твердые растворы внедрения), и давать с ними металлические соединения. Образующиеся при этом кристаллич. структуры повторяют типичные металлич. или близкие к ним. Изменения кристаллич. структуры под влиянием примесей или при образовании соед. можно рассматривать как разновидность полиморфизма. Гексагон. структура наблюдалась в электроосаж-денном Cr, видимо, в результате растворения H2; при взаимодействии Ti с С, N2 или O2 подрешетка металлич. атомов приобретает вид ГЦК.
Практически применяемые металлич. материалы почти всегда представляют собой сплавы. В осн. металлич. материалы (сталь и чугун, бронза и латунь, сплавы на основе Ti, Al, Mg и др.)-поликристаллич. вещества, т. е. состоят из монокристаллич. зерен всевозможной ориентации. В некоторых материалах создают текстуру, т. е. структуру, в которой зерна имеют заданную кристаллографич. ориентацию. При этом возникает анизотропия свойств, сходная с анизотропией монокристаллов (напр., анизотропия магн. свойств тек-стурир. трансформаторной стали). Наряду с производством поликристаллич. металлич. материалов имеются технологии получения деталей машин в виде металлич. монокристаллов, а также металлич. материалов с ультрамелким зерном. Микрокристаллич. материалы в виде ленты или проволоки с размером зерна ~ 1 мкм получают закалкой из жидкого состояния. Монокристаллич. и микрокристаллич. тонкопленочные металлич. материалы получают химическим осаждением из газовой фазы.
Лит.: Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов, М., 1978; Годовиков А. А., Кристаллохимия простых веществ, Новосиб., 1979; Григорович В. К., Металлическая связь и структура металлов, М., 1988.
Ю. А. Скаков
