Приглашаем посетить сайт
МЕТАЛЛОФИЗИКА
МЕТАЛЛОФИЗИКА - раздел физики, в к-ром изучаются структура и свойства металлов и сплавов, взаимосвязь между ними и природа процессов, протекающих в металлах и сплавах. В отличие от физики металлов, где исследуются электронная структура металлов (электронный спектр) и связь её с электрич. магн. и оптич. свойствами (см. Металлы),M. в основном занимается анализом кристаллич. структуры и связи её с решёточными (упругими, тепловыми, механическими) свойствами металлов и сплавов.
Центр, проблемой M. является изучение атомной структуры металлов и сплавов и её эволюции при изменении темп-ры, давления, магн. поля и др. Теория позволяет лишь в простейших случаях рассчитать характер кристаллич. структуры исходя из электронного строения атомов, и практически вся информация о кристаллич. решётках получена экспериментально (дифракция рентг. лучей, электронов, нейтронов, электронная микроскопия высокого разрешения, мёссбауэровская спектроскопия).
Кристаллич. структура чистых металлов характеризуется небольшим числом плотноупакованных решёток: объёмно центрированной кубической (ОЦК), гранецент-рированной кубической (ГЦК), гексагональной плотной упаковкой (ГПУ). Более сложные кристаллич. решётки присущи нек-рым лантаноидам и актиноидам(Sn, Ga, In, Mn и др.). Для большинства чистых металлов при изменении темп-ры (T )или давления ( р )наблюдаются полиморфные (аллотропич.) превращения. Для нек-рых ферро- и антиферромагн. металлов превращения с изменением кристаллич. структуры наблюдаются и под воздействием магн. поля. Все полиморфные превращения являются фазовыми переходами 1-го рода и сопровождаются резким изменением большинства физ. свойств (см. Полиморфизм).
Металлич. сплавы представляют собой либо твёрдые растворы, когда атомы металла-растворителя и растворённого элемента образуют общую кристаллич. решётку, совпадающую с решёткой растворителя, либо т. н. интерметаллич. соединения, кристаллич. структура к-рых отличается от структуры чистых компонентов. Атомная структура сплавов определяется в основном соотношением размеров атомов компонентов и их электронным строением. Общим термодинамич. условием образования сплавов является минимум свободной энергии; этому условию могут соответствовать как монофазные, так и гетерофазные структуры. Обобщением данных о состоянии системы в зависимости от её состава, T (иногда и р )служат фазовые диаграммы ( диаграммы состояния). Фазовые диаграммы металлич. систем могут быть рассчитаны лишь в простейших случаях; для экспериментального их построения используют разл. методы физ.-хим. анализа.
В зависимости от соотношения размеров атомов в сплавах могут образовываться твёрдые растворы замещения (атомы растворённого металла замещают в кристаллич. решётке атомы растворителя) и внедрения (атомы растворённого элемента располагаются в межатомных промежутках решётки растворителя). На базе интерметаллич. соединений могут образовываться твёрдые растворы (дефектные по одному из компонентов). Мин. значению свободной энергии твёрдых растворов соответствует упорядоченное расположение атомов разного сорта ( сверхструктура). Разрушение сверхструктур при высоких темп-pax сопровождается появлением аномалий ряда физ. свойств; превращение порядок-беспорядок в зависимости от состава сплава может быть фазовым переходом 1-го либо 2-го рода.
Интерметаллич. соединения условно подразделяют на электронные соединения, фазы внедрения, фазы с простыми стехиометрич. соотношениями, соединения с нормальной валентностью и др. Для электронных соединений характерно наличие почти пост, отношения числа валентных электронов к числу атомов (3/2, 21/13 и 7/4 соответственно для b-, g- и e-фаз). Фазы внедрения могут образовываться при определённых соотношениях атомных радиусов металлов и неметаллов. Простые стехиометрич. соотношения AB2, AB, AB5, A3B присущи фазам Лавеса и родственным им соединениям (см. Интерметаллические соединения).
Кинетич. аспекты проблемы фазовых равновесий в сплавах изучает теория фазовых превращений, рассматривающая процессы зарождения и роста фаз при изменении T, р, состава и т. п. В процессах превращений в сплавах существ, роль играют поля упругих напряжений и ограниченная диффузионная подвижность атомов. Наличие этих факторов обеспечивает, в частности, возможность протекания мартенситных превращений, заключающихся в реализации сдвиговых деформаций и небольших искажений кристаллич. решёток.
Макроскопич. структура реальных металлов (дефекты и примеси) и сплавов характеризует степень их отклонения от идеальной периодичности кристаллич. решётки. Спектр дефектов решёток металлов и сплавов включает вакансии, дислокации, межвёренные границы, поры, включения, трещины и т. п. Дислокац. представления являются основой теории прочности и пластич ности; с генерацией и эволюцией точечных дефектов - вакансий и внедрённых атомов - связано изменение свойств металлов и сплавов при облучении (см. Радиационные дефекты). Многие электрич., магн., упругие и др. свойства металлов и сплавов существенно зависят от их реальной макроскопич. структуры.
В M. изучаются аморфные металлы и сплавы, тонкие металлич. плёнки, квазиодномерные кристаллы (см. Квазиодномерные соединения), модулиров. структуры и др. термодинамич. неравновесные системы.
Лит.: Успехи физики металлов. Сб. ст., пер. с англ., т. 1-5, 9-10a, M., 1956-65; Физическое металловедение, под ред. P. Кана, пер. с англ., в. 1-3, M., 1967-68; Шульце Г., Металлофизика, пер. с нем., M., 1971; Пирсон У., Кристаллохимия и физика металлов и сплавов, пер. с англ., ч. 1-2, M., 1977; Уманский Я. С., Скаков Ю. А., Физика металлов, M., 1978; Баррет Ч. С., Mассальский T. Б., Структура металлов, пер. с англ., ч. 1-2, M., 1984; Физическое материаловедение в СССР. История, современное состояние, перспективы развития, К., 1986. В. А. Финкелъ.