Слайд 3. Твердые растворы замещения

Твердые растворы замещения могут образовывать компоненты отвечающие следующим требованиям:

1. Если разница атомных радиусов элементов превышает 14-15%, то растворимость в твердом состоянии ограничена. Иногда это называют правилом 15% или размерным фактором.

Наиболее устойчивая фаза образуется, если один из элементов становится более электроотрицательным, а другой более электроположительным. Этот принцип известен, как эффект отрицательной валентности.

3. Большей растворимостью обладают элементы с более низкой валентностью. Это принцип - эффект относительной валентности. Он хорошо соблюдается для одновалентных металлов меди, серебра, золота.

Ряд компонентов может образовывать твердые растворы замещения неограниченной растворимости. Т.е. они смешиваются друг с другом в любом процентном соотношении с образованием сплава на основе твердого раствора.

Для этого также необходимо соблюдение определенных требований.

1. Если разница атомных радиусов элементов не превышает 5-7%,

2. Одинаковый тип кристаллических решеток компонентов,

3. Одинаковая валентность компонентов.

В твердых растворах атомы растворенного вещества, как правило, распределяются статистически.

Вокруг атома растворенного вещества возникают местные искажения пространственной решетки, которые приводят к изменению свойств и среднего периода решетки.

Образование твердых растворов всегда сопровождается увеличением электрического сопротивления и уменьшением температурного коэффициента электросопротивления; твердые растворы обычно менее пластичны (исключение тв. р-ры на основе меди) и всегда более твердые и прочные, чем чистые металлы.

В полиморфных металлах неограниченная растворимость встречается в пределах одной модификации пространственной решетки. Например, Fe_a дает неограниченный ряд твердых растворов с хромом (ОЦК), а Fe_g - с никелем (ГЦК).

Сверхструктуры.

Многие твердые растворы замещение при относительно невысоких температурах способны находится в упорядоченном состоянии, т.е. место статистического распределения разносортных атомов в узлах пространственной решетки атомы одного и другого металла размещаются в совершенно определенном порядке. Такие растворы называются упорядоченными. Используется также термин «сверхструктура».

Слайд 4. Сверхструктуры

Переход из не упорядоченного состояния в упорядоченное состояние происходит при определенной температуре или в определенном интервале температур.

Температура, при которой раствор полностью разупорядочивается, называется точкой Курнакова и обозначается Q_к.

Сверхструктуры встречаются в системах с неограниченной или значительной растворимостью в твердом состоянии.

Полная упорядоченность наступает при концентрациях твердого раствора, соответствующих простым атомным соотношениям компонентов типа АВ или АВ₃.

Частичная упорядоченность наблюдается при составах, близких к указанным. Например, в сплавах Au-Cu возможны следующие варианты упорядочения (ГЦК) – AuCu₃ – в вершинах куба – ионы золота, а на диагоналях граней - ионы меди, или же в случае AuCu – ионы золота занимают кристаллографическую плоскость, проходящую через диагонали граней параллельно плоскости 0 0 ½.

Возникновение и исчезновение порядка в расположении атомов сопровождается изменением свойств:

- при упорядочении возрастают электропроводность, температурный коэффициент электросопротивления, твердость и прочность, снижается пластичность сплава. У ферромагнитных сплавов меняются магнитные свойства: например, у пермаллоев (магнитные сплавы железа с никелем) при упорядочении в несколько раз уменьшается магнитная проницаемость. Некоторые сплавы в неупорядоченном состоянии парамагнитны, а после упорядочения становятся ферромагнитными.