금속이 가단성과 연성 인 이유는 무엇입니까?

도예와 비교해 보겠습니다. 금속은 일반적으로 연성이며 일반적으로 부서지기 쉽습니다.

첫째, 결정 (금속과 세라믹 모두 일반적으로 다결정)은 전위 운동을 통해 변형 될 수 있습니다. 전위는 결정을 통해 가소성을 전달하는 선 결함입니다. 고전적인 비유는 주름을 그 길이로 걷어차 서 깔개를 움직이는 것입니다. 전체 크리스탈을 한 번에 변형 할 필요가 없습니다. 한 번에 상대적으로 적은 수의 결합을 파괴하면서 재료를 통해 하나 (또는 여러 개)의 전위를 스윕하면됩니다.

여기에 “결정을 통해 전단을 전달하는 곡선 전위의 간단한 그림이 있습니다. 통로 탈구는 새로운 영구적 단계를 남깁니다.

그러므로 이것은 영구 변형을 달성하는 매우 편리한 방법입니다. 그러나 전자의 금속 결합이 세라믹의 이온 / 공유 결합보다 약하기 때문에 세라믹보다 금속에서 이러한 결합을 깨는 것이 훨씬 쉽습니다. 후자 (세라믹은 일반적으로 내화성, 즉 용융 온도가 높다는 사실에 의해 입증 됨). 특히 금속에서 전자의 비편 재화 특성으로 인해 전위가 쉽게 미끄러집니다 . 이것은 연성 / 가열 성과 동일합니다. (두 용어는이 논의에서 동일합니다. 쉽게 변형되는 하중 조건 유형에서만 다릅니다.)

또한면 중심 입방 결정 구조 (금 또는 예를 들어 구리), 구조적 대칭은 전위가 쉽게 전파 될 수있는 많은 가능한 슬립 평면 을 제공합니다. 이것은 훨씬 더 큰 연성 / 가열 성과 동일합니다.

다음은면 중심 입방체 구조의 예입니다. 여러 평면에 원자가 밀착되어 전위가 짧은 거리 만 이동할 수있어 통과가 크게 쉬워집니다. :

반대로, 전위 운동은 세라믹에서 매우 방해를 받아 (결합이 방향성이 있고 전하가 견고하게 고정되어 있기 때문에) 벌크 균열 및 취성에 해당하는 모든 결합을 한 번에 끊는 데 더 적은 에너지가 소요될 수 있습니다.

금속과 세라믹 사이의 미세한 차이로 인한 한 가지 결과는 균열이나 결함에 반응하는 방식입니다. 날카로운 균열은 기본적으로 응력 장이 그 주위를 급격하게 비틀어 야하기 때문에 응력 집중을 생성합니다. 금속에서이 응력 집중은 그렇지 않습니다. ” t 많은 문제 — 일부 전위가 이동하여 소성 변형 및 균열의 둔화가 발생합니다. 피. 이 옵션은 전위 운동에 대한 장애로 인해 세라믹에서 가능성이 훨씬 적습니다. 결합을 영구적으로 끊고 이전에 고 응력 영역에 새로운 개방 표면을 형성하는 것이 더 쉬울 수 있습니다. 이것이 균열 전파의 메커니즘이며 균열이 계속 전파되면 벌크 균열이 발생합니다.

댓글

• 금속은 정말로 다결정입니까? 그렇다면 단결정이란 무엇입니까?
• 우리가 만나는 거의 모든 금속은 다결정입니다.

금속은 금속 결합으로 인해 가단성과 연성입니다. 금속 결합은 이온 결합 및 공유 결합과 다릅니다. 금속 결합은 그 자체의 결합 유형입니다. 금속 결합은 각 원자에 슈뢰딩거 방정식을 적용하고 원자를 원자 수만큼의 파동 함수를 형성하기 위해 원자를 더 가깝게 가져옴으로써 현대 결합 이론으로 설명됩니다. 가능한 파동 기능을 설명하는 결합 및 반 결합 파 형성. 이들 모두는 가능한 밴드 에너지를 형성합니다. 결정 구조 내의 결합은 평균 결합 에너지 상태가 고립 된 상태보다 낮은 경우에만 구조를 함께 유지합니다. 금속은 평균 결합 에너지 구조가 더 낮습니다. 금속 내 원자가 전자 옆에서 일어나는 일을 파악하려면 페르미 수준을 알아야합니다. 관심있는 다른 금속의이 에너지 수준에 대한 표를 조회 할 수 있습니다. 페르미 에너지 수준이 최고 에너지입니다. 절대 0에서 모든 쌍을 이루는 전자의 상태 절대 0에서 내부의 모든 전자는 쌍을 이루고 바닥 에너지에서 Fe까지 점유 가능한 상태를 순차적으로 채 웁니다. rmi 에너지. 금속이 가열되면 전자는 구조 내에서 가능한 가장 높은 결합 방지 인 진공 수준까지 더 높은 에너지 상태로 이동할 수 있습니다. 진공 수준을지나 전자가 금속에서 방출됩니다.페르미 에너지는 금속 구조 내에서 절대 0 이상의 평균 전자 에너지이기 때문에 중요합니다. 모든 궤도가 겹치고 외부 전자가 매우 낮은 이온화 수준을 갖기 때문에 가능하게 된 금속에는 전도대가 있습니다. 전도대는 페르미 에너지 수준에 매우 가깝습니다. 전자를 더 높은 전도 상태의 에너지로 밀어 올려 구조 내에서 이동할 때 열이나 전위차가 거의 필요하지 않습니다. 페르미 에너지와 전도대의 차이는 느슨하게 밴드 갭으로 알려져 있습니다. 전도체에서 밴드 갭은 궤도가 겹치고 움직일 수있는 전자를 공유하기 때문에 실제로 존재하지 않습니다. 궤도 겹침 및 움직일 수있는 전자는 연속적인 에너지 스펙트럼을 생성합니다. 전자는 지속적으로 더 높은 에너지 상태를 차지할 수 있습니다. 기본적으로 두 금속 사이의 결합 상태 원자는 단일 원자보다 낮으며 단일 원자는 결합을 형성하기 위해 전자를 이온화해야합니다. 금속의 일 함수 (페르미 에너지 준위 + 전자를 방출하는 광자 에너지)에 익숙하다면. 전도대는이 지점과 페르미 레벨 사이에 있지만 전자가 구조 주위를 매우 쉽게 이동할 수 있고 특정 원자에 속하지 않을 정도로 충분히 작은 정도입니다. 그러나 전도대는 페르미 수준에있을 수 있습니다. 양자 기계적으로 금속 구조 내의 전자는 진행파로 표현됩니다. 그들은 이온화 된 양이온 전하 사이의 쿨롱 인력과 함께 원자를 접착하는 구조 내에서 일종의 전자 구름을 형성하는 것으로 알려져 있습니다. 완벽한 층과 입방체 형태로 깔끔하게 쌓인 공을 구름의 형태로 묶어 볼 수 있습니다. 전자가 움직일 때 그들은 구멍을 만들고 이것은 다른 전자의 새로운 위치입니다. 전자는 무작위로 또는 전가 에너지로 이동합니다. 평균적으로 항상 충분한 전자 전하가 존재합니다. 왜냐하면 무작위로 구멍을 채우고 자하는 특정 평균이 있기 때문입니다. 또는 전자가 더 뒤쪽의 소스에서 구멍으로 향하는 방향을 가지고 있기 때문입니다. 가단성과 연성은 금속 결합의 결과입니다. 전자가 충분히 쉽게 이동할 수 있기 때문에 금속 원자를 조작하여 원하는 방식으로 이동할 수 있으며 전자 구름이 이동 된 원자 주위로 되돌아가는 것을 제한하는 것은 없습니다. 이 현상 때문에 가단성과 연성이 가능한 것 같습니다. 재료의 강도는 결정과 같은 구조물의 정렬과 관련이 있습니다. 즉, 금속은 하나의 전체 결정 형태로 시작하기를 원합니다. 이것이 느린 냉각 과정에서 연화 된 메텔이 부드러워지는 이유입니다. 원자는 완벽한 결정을 형성하려고합니다. 그러나 충분히 빠르게 가열 및 냉각되면이 결정 구조는 하위 결정 구조 (하나 이상의 작은 결정 구조로 형성된 구조)로 분해됩니다. 아마도 열 역학 원리 때문일 것입니다. 아마도 더 뜨거운 영역에서 더 차가운 영역으로 전자 구름의 급증이 본질적인 방식으로 발생하여 특정 지점을 따라 하위 결정의 집합 강도에 비례하여 사물을 이동시키기에 충분한 힘을 생성 할 수 있습니까? 그럼에도 불구하고이 과정은 전체 금속에 더 강한 부서지기 쉬운 효과를줍니다. 그 후 전자는 이전과 같이 경화 된 강철 주위로 표류 할 수 있지만 경로가 변경되었습니다. 가단성 및 연성의 경우, 결정 구조의 상태는 아마도 동일한 원래 결정 형성을 유지하기 위해 평균화되지만 수준은 감소합니다 (즉, 하위 / 상단 / 인접 수준). 전자는 과정 도중과 이후에 전혀 다르지 않은 것처럼 찌그러진 구조 주변으로 흐릅니다. 그러나 압력은 열을 생성하고이 열은 원자가 (평균적으로) 더 높은 에너지 상태를 유지하도록합니다. 더 높은 상태는 결합 방지 상태이므로 힘이 제거 될 때까지 원자를 이웃에 고정하는 접착제가 없습니다. 금속이 가열되면 결합 방지 전자 에너지의 수가 증가하고 강철을 원하는대로 조작하기가 더 쉽습니다. 전자가 더 차가운 영역으로 표류하기를 원하기 때문입니다. 따라서 가열 된 구조를 유지하는 접착제의 양은 열의 양에 비례하여 감소합니다. 가단성과 연성은 동일한 양의 가열 또는 냉각을 포함하기 때문에 거의 동일하게 들립니다.

댓글

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