Miért alakíthatók és hajlékonyak a fémek?

Vessünk egy összehasonlítást a kerámiával, amely – ugyanúgy a fémek általában hajlékonyak – általában törékenyek.

Először is vegye figyelembe, hogy a kristályok (és a fémek és a kerámia egyaránt általában polikristályosak) deformálódási mozgás révén deformálódhatnak. A klasszikus hasonlat a szőnyeg elmozdítása egy ránc rúgásával a hosszában. Nem kell egyszerre deformálnia az egész kristályt; csak egy (vagy sok) diszlokációt kell végigsöpörnie az anyagon, viszonylag kis számú kötést törve meg egyszerre.

Itt egy egyszerű ábra egy görbült elmozdulásról, amely nyírást hordoz a kristályon; az átjáró a diszlokáció új állandó lépést hagy:

Tehát ez egy nagyon kényelmes módszer a maradandó alakváltozás elérésére. Azonban sokkal könnyebb ezeket a kötéseket megszakítani a fémekben, mint a kerámiákban, mert az előbbi fémkötései gyengébbek, mint az ionos / kovalens kötések utóbbiak (amit az a tény is bizonyít, hogy a kerámia általában tűzálló, azaz magas olvadási hőmérsékletű). Különösen az elektronok delokalizált jellege teszi lehetővé a fémekben a diszlokációt könnyen csúszni . Ez egyenlő a hajlékonysággal / alakíthatósággal. (A két kifejezés ebben a vitában megegyezik; csak abban különböznek a terhelési viszonyok típusától, amelyek könnyű deformálódást eredményeznek.)

Ezenkívül az arcközpontú-köbös kristályos szerkezetű fémekben (gondoljunk aranyra vagy például réz), a szerkezeti szimmetria sok lehetséges csúszási síkot biztosít, amelyek mentén a diszlokációk könnyen továbbterjedhetnek. Ez egyenlő a még nagyobb alakíthatósággal / alakíthatósággal.

Itt egy arccentrikus-köbös szerkezet szemléltetése; az atomok szoros egymásba rakása több síkon lehetővé teszi, hogy a diszlokációk csak rövid távolságokat ugorjanak, jelentősen megkönnyítve azok áthaladását. :

Ezzel szemben a diszlokációs mozgást olyan erősen akadályozza a kerámia (mivel a kötések irányítottak és a töltések mereven rögzülnek), így kevesebb energiára lehet szükség ahhoz, hogy az összes kötést egyszerre egyszerűen megszakítsa, ami a tömeges törésnek és ridegségnek felel meg.

A fémek és a kerámia közötti mikroszkopikus különbségek egyik következménye az, hogy miként reagálnak a repedésekre vagy hibákra. Az éles repedés feszültségkoncentrációt eredményez, elsősorban azért, mert a feszültségmezőnek élesen meg kell fordulnia körülötte. Egy fémben ez a feszültségkoncentráció nem ” t sok probléma – egyes elmozdulások elmozdulnak, ami plasztikus deformációhoz és a repedés tompulásához vezet o. Ez a lehetőség sokkal kevésbé valószínű egy kerámiában, a diszlokációs mozgás akadályai miatt. Lehet, hogy egyszerűbb a kötések tartós lebontása és egy új, nyitott felület kialakítása a korábban nagy igénybevételnek kitett területen. Ez a repedés terjedésének mechanizmusa, és ha a repedés tovább terjed, tömeges törést kap.

Megjegyzések

• Valóban polikristályosak a fémek? Mik azok az egykristályok?
• Szinte az összes fém polikristályos.

A fémek képlékenyek és képlékenyek a fémes kötés miatt. A fémkötés eltér az ionos és a kovalens kötéstől. A fémes kötés ez a saját kötéstípusa. A fémes kötéseket a kötések modern elméletével írják le úgy, hogy minden atomra alkalmazzák a schrodinger-egyenletet, és az atomokat egyre közelebb hozzák annyi hullámfüggvény kialakításához, ahány atom atomja. kötések és antitest hullámképződmények, amelyek leírják a lehetséges hullámfüggvényeket. Mindezek alkotják a lehetséges sávenergiákat. A kristályszerkezeten belüli kötések csak akkor tartják össze a szerkezetet, ha az átlagos kötött energiaállapot alacsonyabb, mint az izolált állapotok. A fémek átlagos kötött energiastruktúrája alacsonyabb mint az izolált atomok. A fermi szintet ismerni kell, hogy kiderüljön, mi történik a fémben lévő vegyértékes elektronok mellett. Megtekinthetők a különböző érdekes fémek ezen energiaszintjének táblázatai. A fermi energiaszintje a legfelső energia az összes párosított elektron állapota abszolút nulla esetén. Abszolút nulla esetén az összes benne lévő elektron párosodik, és egymás után tölti ki a foglalható állapotokat az alsó energiától a Fe-ig rmi energia. Ha egy fémet felmelegítenek, az elektronok magasabb energiájú állapotokba léphetnek egészen a vákuum szintjéig, amely a szerkezetben a lehető legnagyobb ellenanyag. A vákuumszint után egy elektron távozik a fémből.A fermi-energia azért fontos, mert csodával határos módon ez az átlagos elektronenergia a fémes szerkezetben az abszolút nulla fölött. Van egy vezetési sáv a fémekben, mivel az összes pálya átfedi egymást, és a külső elektron nagyon alacsony ionizációs szinttel rendelkezik. A vezetési sáv nagyon közel van a fermi energiaszintjéhez. Nagyon kevés hőre vagy potenciálkülönbségre van szükség ahhoz, hogy az elektronok feljuthassanak a magasabb energiavezetési állapotokhoz, hogy a szerkezetükön belül mozoghassanak. A fermi energia és a vezetési sáv közötti különbség lazán Band Band Gap néven ismert. A vezetőkben a sávszakadék valójában nem létezik, mivel a pályák átfedik egymást és megosztják a mozgatható elektronokat. Az orbitális átfedésben lévő és mozgatható elektron folyamatos energiaspektrumot hoz létre. Az elektronok folyamatosan képesek magasabb energiaállapotokat elfoglalni. Alapvetően a két fém közötti kötött állapot az atomok alacsonyabbak, mint egyetlen atom, és egyetlen atomnak ionizálnia kell az elektronját a kötés kialakításához. Ha ismeri a fém munkafunkcióit (Fermi energiaszint + Photon energia az elektron kilökésére). a vezetési sáv e pont és a fermi szint között van, de valami elég kicsi sorrendben, amely lehetővé teszi az elektron számára, hogy nagyon könnyen mozoghasson a szerkezet körül, és soha ne tartozzon egy adott atomhoz. Azonban a vezetési sáv fermi szinten megfelelő lehet. Kvantummechanikusan a fémes szerkezetben lévő elektronokat utazó hullámok képezik. Tudják, hogy egyfajta elektronfelhőt képeznek a struktúrában, amely az atomokat és az ionizált pozitív ion töltés közötti coulombos vonzást összeragasztja. Tökéletes rétegekkel és köbös formában szépen halmozott gömböket ábrázolhat, és egyfajta felhő tartja össze. Ahogy az elektronok mozognak, lyukat hoznak létre, és ez egy új elektron új helye. Az elektronok véletlenszerűen vagy imputált energiával mozognak. Átlagosan mindig elegendő elektron töltés a dolgok összeragadásához, mert véletlenszerűen van egy bizonyos átlag, amely meg akarja tölteni a lyukat, vagy ha egy külső energiát az elektronok irányba mutatnak a lyukba egy hátrább lévő forrásból. A alakíthatóság és a alakíthatóság a fémes kötés eredménye. Mivel az elektronok elég könnyen mozoghatnak, a fémes atomok manipulálhatók a kívánt módon történő elmozduláshoz, és semmi sem korlátozza az elektronfelhőt abban, hogy az elmozdult atomok körül visszaköltözzön. Úgy tűnik, hogy a jelenség és a alakíthatóság ezen jelenség miatt lehetséges. Az anyag szilárdsága a kristályszerű képződmények egymáshoz illesztésével függ össze. azaz egy fém egy egész kristályban akar elindulni, mint a képződés. Éppen ezért a lágyított metel megpuhul a lassú hűtési folyamat során. Az atomok megpróbálnak tökéletes kristállyá formálódni. De mivel elég gyorsan felmelegítik és lehűtik, ez a kristályszerkezet szubkristálystruktúrákra bomlik (egynél több kisebb kristályszerkezet által alkotott szerkezet). Valószínűleg a termikus dinamikai elvek miatt. Talán az elektronfelhő hullámai a forróbbaktól a hűvösebb területekig önmagukban történnek, hogy bizonyos foltok mentén elegendő erőt hozzanak létre ahhoz, hogy a dolgok a szubkristályok kollektív erejével arányosan elmozduljanak? Ettől függetlenül ez a folyamat erősebb és törékenyebb hatást kölcsönöz az egész fémnek. Ezután az elektronok az edzett acél körül sodródhatnak, mint korábban, de az utak megváltoztak. A alakíthatóság és az alakíthatóság szempontjából a kristályszerkezet állapotát valószínűleg átlagolják, hogy ugyanaz az eredeti kristályképződés megmaradjon, de a szintek beugrik (vagyis az alsó / felső / szomszédos szintek). Az elektronok csak beáramlanak a szétszórt szerkezet köré, mintha semmi sem lenne más a folyamat alatt és után. De a nyomás hőt hoz létre, és ez a hő arra kényszeríti az atomot, hogy magasabb energiaállapotokban maradjon (átlagosan). A magasabb állapotok kötésgátló állapotok, így az erő eltávolításáig nincs ragasztó, amely az atomot a szomszédaihoz tartja. Amikor egy fémet felmelegítenek, az anti-kapcsolt elektronenergia száma növekszik, és könnyebb manipulálni az acélt egy kívánt alakú, mert az elektronok hűvösebb régiókba akarnak sodródni. Tehát a fűtött szerkezetet visszatartó ragasztó mennyisége a hőmennyiséggel arányosan csökken. A alakíthatóság és a hajlíthatóság nagyon hasonlóan hangzik, mert azonos mennyiségű fűtéssel vagy hűtéssel jár.

megjegyzések

• Elolvastam a teljes válaszod, úgy látom, hogy két nem tetszik. Míg a fenti kemomechanika válasza jobb, világosabbá, rövidebbé és jobbá válik szervezett, úgy gondolom, hogy a válasza nem rossz. A probléma az, hogy ez az egyetlen csúnya szövegblokk mindig helyet ad néhány mondatban, hogy jobban olvasható legyen. Mint korábban mondtam (írtam), jó ismeretek voltak a bejegyzésében, ha sikerült átadnia ezeket az információkat a szebb ” csomagban “, azt hiszem, felfelé szavazatokat kapna helyett.
• Tudna néhány bekezdést formázni?