Průvodní list Šablona: III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT   Vzdělávací materiál: Prezentace Určen pro: 1. ročník oboru Strojírenství a 2. ročník oboru Ekonomika a podnikání Vzdělávací oblast: Strojírenská technologie – Nauka o materiálu Název učebního materiálu: Krystalová mřížka Jméno autora: Ing. Miroslava Jeřichová Datum vytvoření: 16. 7. 2013 Reg.č. projektu: CZ.1.07/1.5.00/34.0627

Klíčová slova: krystalová mřížka, elementární buňka, prostorově a plošně středěná krychlová mřížka, šesterečná mřížka, monokrystal, polykrystal, vady mřížek. Anotace: Prezentace je určena žákům 1. ročníku oboru Strojírenství pro výuku v předmětu Strojírenská technologie a žákům 2. ročníku oboru Ekonomika a podnikání v předmětu Strojírenská výroba. Inovuje výuku použitím multimediálních pomůcek – prezentace. Metodické pokyny: DUM učitel uplatní při výkladu dané látky, použité obrázky zvýší názornost výkladu. Prezentaci mohou žáci použít i v rámci samostatné domácí přípravy na výuku.

Krystalová mřížka Krystalické látky Krystalografické soustavy Krychlová soustava Šesterečná soustava Monokrystal Polykrystal Amorfní látky Vady mřížek

Krystalické látky Všechny kovy a jejich slitiny s výjimkou rtuti jsou za normální teploty krystalické pravidelné dalekodosahové uspořádání částic Každý krystal má vnitřní pravidelné uspořádání atomů, molekul nebo iontů, tato pravidelnost se projeví i pravidelností vnějšího tvaru, Uspořádání atomů je dáno prostorovou = krystalovou mřížkou Jednotlivé atomy jsou uloženy v uzlových bodech Nejmenší část mřížky, u které můžeme prokázat danou pravidelnost stavby elementární buňka krystalová mřížka je pouhou abstrakcí, pomáhá popsat strukturu krystalů, ve skutečnosti takovou mřížku v krystalu nenajdeme

Krystalické látky Mřížka chloridu sodného Krystal křemene

Krystalické látky Prostorová mřížka s vyznačenou elementární buňkou Prostorová mřížka je tvořena seskupením velkého počtu těchto buněk

Krystalické látky Elementární buňka má různý tvar několik krystalografických soustav – krychlová, šesterečná, čtverečná, kosočtverečná, jednoklonná, trojklonná, trigonální Většina technických kovů krystalizuje v krychlové a šesterečné soustavě A: dokonalá mřížka (sc) B: krystalová mřížka s atomovými rovinami C: schéma atomových rovin

Krychlová (kubická) soustava Základní tvar krychle, v rozích jsou uloženy atomy Vzdálenost atomů mřížková konstanta a, je rovna délce hrany krychle Elementární (základní) buňka může být: Prostá ( polonium α) Prostorově středěná (Li, K, Na, Cr, Fe α) Plošně středěná ( Fe γ, Cu, Ag, Au, Ni, Al)

Krychlová (kubická) soustava Prostá Plošně středěná Prostorově středěná

Krychlová (kubická) soustava Modely elementární buňky Prostorově středěná Plošně středěná

Šesterečná (hexagonální) soustava Má elementární buňku tvořenou šestibokým hranolem Zn, Cd, Ti, Be, Mg Elementární buňka Model elementární buňky

Polymorfie kovů Některé kovy a jejich slitiny se změnou teploty mění krystalovou mřížku Tuto přeměnu nazýváme překrystalizací a jev polymorfií Jednotlivé stavy mřížky modifikace např. Feα, Feγ, uhlík ( grafit a diamant) Feα = krychlová prostorově středěná Feγ = krychlová plošně středěná Každá modifikace má charakteristické vlastnosti

Monokrystal, polykrystal Monokrystal – látka je tvořena pouze jediným krystalem tzn., že pravidelné uspořádání atomů je v celém objemu Kovy se většinou skládají z velkého počtu krystalů polykrystal Při krystalizaci takové látky nevznikají dokonalé krystaly, ale krystaly nepravidelného tvaru zrna Uvnitř těchto zrn jsou částice uspořádány pravidelně, ale vzájemná poloha zrn je náhodná a nepravidelná, takže se látka navenek jeví jako izotropní tzn., že má v různých směrech stejné vlastnosti Monokrystal – anizotropní v různých směrech různé vlastnosti

Amorfní látky Látky v pevném skupenství, které mají pravidelné krátkodosahové uspořádání uspořádání částic je v těchto látkách náhodné, určité zákonitosti existují pouze v polohách navzájem sousedících atomů - sklo, vosk, pryskyřice, plasty amorfní znamená v řečtině beztvarý Amorfní látky nemají teplotu tání, zahříváním měknou a přechází v kapalinu Izotropní – v různých směrech mají stejné fyzikální vlastnosti

Vady mřížky Nepravidelnost v mřížce, odchylka od ideální mřížky = mřížková porucha V místě poruchy termodynamická nerovnováha deformace krystalové mřížky (atomy se posunují směrem k neobsazenému místu v mřížce) Druhy poruch: Bodové Čárové Plošné Prostorové

Bodové poruchy mřížky Některá místa v uzlových bodech základní mřížky jsou neobsazená = vakantní Tyto vady jsou ovlivňovány silami, kterými na sebe působí sousední atomy deformace silového pole

Bodové poruchy mřížky Vakantní místo může být obsazeno cizími atomy substituce, intersticie Substituce = vlastní částice krystalu je nahrazena cizí částicí substituční tuhé roztoky

Bodové poruchy mřížky Intersticie – do krystalu se dostává cizí částice nebo vlastní částice se uvolní ze své normální polohy v mřížce a přejde do mezimřížkové polohy Frenkelova porucha ( vakance + intersticie) intersticie

Bodové poruchy mřížky Obdobně jako Frenkelova porucha vzniká Schottkyho, při níž atom vystoupí až na povrch krystalu Schottkyho porucha Frenkelova porucha

Čárové poruchy V mřížce se vyskytuje nadbytečná rovina plně obsazená atomy = dislokace, způsobují tahová a tlaková napětí Dislokace se netýká jedné částice mřížky, ale celé roviny částic Dislokaci si lze představit následujícím způsobem: krystal rozřízneme, oddálíme obě části od sebe a mezi ně vložíme jednu atomovou polorovinu, v okolí vložené poloroviny bude krystalická mřížka, okraj vložené poloroviny je čárová porucha Dislokaci dle tvaru dělíme: Hranovou Šroubovou

Čárové poruchy Hranová dislokace

Čárové poruchy Do mřížky je vložena polorovina plně obsazená atomy, čára, která tvoří spodní okraj poloroviny = hranová dislokace Hranová dislokace

Čárové poruchy Mřížka je rozdělena a posunuta o jednu atomovou rovinu, čára dle které je posunuta šroubová dislokace Šroubová dislokace

Čárové poruchy Dislokační struktura

Plošné vady mřížky Jedná se o poruchu v pravidelnosti vrstvení rovin během krystalizace Sled rovin při vrstvení můžeme označit ABC ABC ABC, dojde–li při vrstvení k chybě AB AB

Plošné vady mřížky nejčastější typ hranice vznikající při růstu krystalu mezi jednotlivými zrny = vysokoúhlové hranice Speciálním případem vysokoúhlových hranic je rozhraní mezi zrcadlovými protějšky u dvojčat

Plošné vady mřížky Nízkoúhlové hranice jsou tvořeny dislokacemi

Prostorové (objemové poruchy) Jsou dány shlukováním bodových poruch podél rovin dutiny, mohou se rozpadnout na dislokace nebo tvořit trhliny Intersticiální atomy se shlukují a vytvářejí precipitáty různých tvarů Substituční atomy vytvářejí shluky s hostitelskými atomy segregace fází

Prostorové (objemové poruchy) Mezifázové rozhraní koherentní nekoherentní semikoherentní

Použité zdroje: Zdroje obrázků: DESCOUENS, Didier. www.seznam.cz [online]. [cit. 18.9.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Quartz_oisan.jpg/595px-Quartz_oisan.jpg HOFFMEISTER. www.seznam.cz [online]. [cit. 18.9.2013]. Dostupný na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2e/NaCl-Ionengitter.png/220px-NaCl- Ionengitter.png AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 18.9.2013]. Dostupný na WWW: http://fyzika.jreichl.com/data/Termo_3_pevne_latky_soubory/image008.png AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 18.9.2013]. Dostupný na WWW: http://fyzika.jreichl.com/data/Termo_3_pevne_latky_soubory/image009.png AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 18.9.2013]. Dostupný na WWW: http://eshop.merci.cz/www/obrazky/velke/375444920007.jpg AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 20.9.2013]. Dostupný na WWW: http://www.xray.cz/krystalografie/obr/obr9-5.gif AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 20.9.2013]. Dostupný na WWW: http://www.xray.cz/krystalografie/obr/obr9-6.gif AUTOR NEUVEDEN. www.seznam.cz [online]. [cit. 20.9.2013]. Dostupný na WWW: http://www.xray.cz/krystalografie/obr/obr9-7.gif NOVOTNÁ, ING, Eva. www.seznam.cz [online]. [cit. 20.9.2013]. Dostupný na WWW: prezentace: Úvod do materiálových věd a inženýrství

Použité zdroje: Použitá literatura: HLUCHÝ, ING, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 1, 2. díl Metalografie. Praha: Scientia, spol. s. r. o. pedagogické nakladatelství 1999, ISBN 80-7183- 140-9 HLUCHÝ, ING, Miroslav a kol. Strojírenská technologie 1, Nauka o materiálu. Praha: SNTL, 1978, ISBN 04-212-78