Кристаллические растворы внедрения

Твердыми растворами называются однородные системы переменного состава, состоящие из двух и более компонентов. Различают твердые растворы двух типов внедрения и замещения. В твердых растворах внедрения частицы (атомы, молекулы или ионы) одного компонента размещаются между узлами кристаллической решетки другого компонента. Растворы внедрения получаются, например, при [c.189]

Сплавы. Металлические сплавы обычно состоят из кристалликов различных компонентов, причем каждый вид кристалликов содержит преимущественно только один из компонентов. Однако в значительном ряде случаев обнаруживается присутствие в кристаллах данного вида не одного, а, например, двух из компонентов сплава. Это бывает в тех случаях, когда компоненты или-химически взаимодействуют между собой, образуя металлические соединения, или обладают способностью взаимно растворяться не только в жидком, но и в кристаллическом состоянии, образуя так называемые твердые растворы (или смешанные кристаллы). В последнем случае атомы одного металла внедряются в решетку другого или замещают его атомы своими, образуя соответственно твердые растворы внедрения или твердые растворы замещения. [c.138]

Порошкообразные V, Nb и Та адсорбируют значительные количества водорода, кислорода и азота, образуя твердые растворы внедрения. Неметаллы при этом переходят в атомарное состояние, и их электроны участвуют в образовании металлических связей в кристаллической решетке. При нагревании растворимость неметаллов возрастает, а характер связей между атомами металл — неметалл меняется. Изменяются и свойства соединений. Так, постепенное накопление кислорода в ниобии приводит к образованию нижеследующего ряда соединений [c.287]

Твердые растворы внедрения получаются внедрением компонента в междоузлия кристаллической решетки растворителя. Растворы внедрения образуются тогда, когда размеры частиц внедряемого вещества меньше размеров частиц растворителя. Эти растворы обычно образуются при растворении в металлах неметаллов (водород, азот, углерод, кислород, бор, кремний). При внедрении новых атомов в промежутки между атомами металла происходит увеличение напряжений в кристаллической решетке, в связи в чем область существования этих твердых растворов невелика. При образовании твердых растворов внедрения число атомов в элементарной кристаллической ячейке и ее объем увеличиваются с ростом концентрации растворенного вещества. [c.339]

Чистый палладий и водород образуют твердый раствор внедрения, кристаллическая матрица которого образована ионами металла, водород в атомарном состоянии находится в междоузлиях кристаллической решетки. Ионизационный потенциал атомарного водорода (13,5 эВ) в несколько раз превышает ионизационный потенциал других атомов, поэтому в состоянии равновесия наиболее вероятно, что протон сохраняет связь со своим электроном и водород пребывает в атомарном состоянии, как и другие двухатомные газы. [c.114]

Некоторые элементарные вещества и среди них в первую очередь германий отличаются полупроводниковыми свойствами. Эти свойства обусловлены особым состоянием электронов в кристаллической решетке полупроводников. Германий по структуре кристаллов напоминает алмаз. Каждый атом германия связан с четырьмя другими ковалентными связями. Однако в отличие от алмаза в кристаллах германия валентные электроны закреплены непрочно и под влиянием нагревания или облучения могут, возбуждаясь, отрываться от связываемых ими атомов и свободными уходить в междуузлия решетки. Наличие таких свободных электронов в кристаллах германия сообщает ему некоторую электронную проводимость. При переходе электрона в свободное состояние у данного атома остается свободная орбиталь, так называемая д ы р к а . Эта дырка может заполниться при перескоке валентного электрона соседнего атома, в котором тогда возникает новая дырка. Если при наложении электрического поля свободные электроны будут передвигаться к положительному полюсу, то дырки будут передвигаться к отрицательному полюсу. Это передвижение дырок, равносильное передвижению положительных зарядов, сообщает кристаллам германия еще так называемую дырочную проводимость. В совершенно чистом германии в каждый данный момент число дырок равно числу свободных электронов. Это обусловливает равное значение электронной (п) и дырочной р) проводимости в общей электропроводности чистого германия, значение которой очень невелико. Однако соотношение между числами свободных электронов и дырок в кристалле германия можно изменить. Если в германий ввести даже очень незначительную примесь, например мышьяка, в атомах которого на наружном уровне находится пять электронов, то в кристаллической решетке твердого раствора замещения число свободных электронов окажется больше числа дырок и электронная проводимость в этом случае будет играть решающую роль. Наоборот, если ввести в германий примесь галлия, на наружном уровне атомов которого имеется только три электрона, то число дырок в кристаллической решетке раствора замещения станет превышать число свободных электронов и решающая роль будет уже принадлежать дырочной проводимости. Однако в случае образования с элементарным полупроводником твердого раствора внедрения примесь активного металла усиливает элек- [c.205]

Скорость диффузии различна в упорядоченной и неупорядоченной фазах раствора экспериментальные данные свидетельствуют о заметном росте значений Dim в области высоких концентраций водорода [8]. Ранее отмечалось, что образование упорядоченной фазы раствора внедрения сопровождается сильным деформационным взаимодействием в матрице, приводящим к заметному увеличению параметров кристаллической решетки, что эквивалентно росту доли свободного объема при пластификации аморфной матрицы полимерной мембраны. Эти явления также приводят к увеличению скорости диффузии и растворимости. При температурах, меньших критических, процесс диффузии по существу происходит в гетерофазной системе, состоящей из зон упорядоченной и неупорядоченной фаз с различными диффузионными характеристиками. В этой области эффективный коэффициент диффузии будет зависеть от субструктуры кристаллической матрицы мембраны, по аналогии с гетерофазными полимерными матрицами [см. уравнения (3.44) и (3.45)]. [c.117]

Если размер частиц одного из компонентов не превышает 2/3 размера частиц другого, то возможно образование твердых растворов внедрения путем проникновения меньших по размеру частиц в междоузлия кристаллической решетки, образованной более крупными частицами (рис. 70, б). Твердые растворы внедрения, например, образуются при совместной кристаллизации железа и углерода, при адсорбции некоторыми металлами водорода и т. д. [c.111]

Как и в индивидуальных кристаллических веществах, в твердых растворах атомы, ионы или молекулы удерживаются в кристаллической решетке силами межатомного, межионного или межмолекулярного взаимодействия. Но кристаллическую решетку твердого раствора образуют частицы двух или более веществ, размещенные друг относительно друга неупорядоченно. В зависимости от способа размещения частиц различают твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. [c.167]

Уравнение (262) в общем можно применять для качественной оценки некоторых факторов, оказывающих влияние на процесс зародышеобразования, однако для сложных процессов уравнение непригодно. Это объясняется тем, что рост кристаллов определяется не только диффузионными процессами, происходящими в жидкой фазе, но также свойствами структуры растущих кристаллов, как, например, дефектами кристаллической решетки, внедрением в нее ионов из добавляемых растворов и т. д. [c.202]

СОЕДИНЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЯ — вещества, занимающие промежуточное положение между твердыми растворами внедрения и истинными химическими соединениями. С. в. образуются внедрением одной или нескольких молекул одного вида в полость молекулы или кристаллической решетки другого. Валентные силы при этом не действуют, но молекула включения не может покинуть своего места, т. е. не имеет выхода во внешнюю среду потому, что она окружена со всех сторон молекулами включающего ее ве- [c.231]

При захвате примеси растущим кристаллом она может войти в узлы кристаллической решетки, образуя твердый раствор замещения, или в междоузлия, образуя твердый раствор внедрения, а также включения, состоящие из взвешенных частиц. В кристалле при этом будут возникать напряжения или деформация, являющиеся причиной образования дислокации. Это является причиной изменения и механизма и скорости роста кристаллов, что часто сопровождается изменением формы кристаллов (но не типа кристаллической решетки), о чем уже говорилось выше. [c.110]

Изоморфное замещение — это процесс образования твердых растворов замещения. Твердые растворы другого типа — растворы внедрения — образуются, если радиусы внедряющихся атомов или ионов сильно различаются, а размеры пустот между узлами решетки близки к размерам внедряющегося атома. Это значит, что размер внедряющихся атомов должен быть меньше размеров атомов основной кристаллической решетки (обычно не более 0,6 от размеров атома растворяемого вещества). [c.165]

Широко распространены твердые растворы внедрения с проявлением металлической связи, в которых размеры внедряющихся атомов сравнительно малы и не должны превышать размеры пространства между узлами кристаллической решетки основного компонента (размеры пустот, рис. 5.20), иаиример металлов rf-элементов. Так, атомы бора, углерода, азота могут рас-, полагаться в октаэдрических пустотах. В твердых растворах внедрения наблюдается ограниченная взаимная растворимость компонентов. [c.134]

Различные кристаллические структуры (модификации) железа не одинаково относятся к углероду. При взаимодействии железа с углеродом образуются твердые растворы внедрения. [c.154]

Оба компонента неограниченно растворимы друг в друге В твердом состоянии образуют твердые растворы. Такие системы называются изоморфными системами. Неограниченная взаимная растворимость веществ возможна тогда, когда частицы одного из компонентов внедряются в кристаллическую решетку другого компонента. При этом образуются растворы внедрения. Частицы внедряющегося компонента должны обладать размерами, меньшими, чем частицы второго компонента. Другого типа твердый раствор может образоваться, если частицы обоих компонентов по своим свойствам и размерам близки. При этом в твердом состоянии образуются растворы замещения, т. е. частицы растворяющегося компонента замещают постепенно частицы второго компонента в кристаллической решетке. В обоих случаях изоморфных систем возможно непрерывное изменение состава твердого раствора. [c.182]

Твердые растворы металлов также обладают свойствами, качественно напоминающими свойства индивидуальных металлов, но количественно отличающимися от них и зависящими от состава растворов, который может изменяться в довольно широких пределах. Среди компонентов твердого раствора различают металл—растворитель и растворенный металл. Растворителем считается металл, который сохраняет свою кристаллическую решетку при образовании раствора и содержание которого в растворе должно быть не менее определенного значения. Ионы растворяемого металла постепенно замещают в кристаллической решетке ионы металла—растворителя (растворы замещения) или же располагаются между ионами металла—растворителя (растворы внедрения). Содержание растворенного металла в твердом растворе может быть не больше определенной величины. В случае, когда различные металлы с близкими кристаллическими решетками способны образовать твердые растворы в любых количественных соотношениях, уже нет возможности отличать растворенный металл от металла—растворителя, а приходится считать, что металлы взаимно растворяют друг друга. [c.32]

Изоморфные смеси образуются при стягивании атомов и ионов в кристаллическую решетку. Причем атомы и ионы одного вещества становятся в узлы кристаллической решетки другого. Но можно наблюдать образование твердых растворов и путем диффузии одного твердого вещества в другое. Так, при 251 С золото диффундирует в свинец (температура плавления золота 1063 , свинца 327,4° С). При высокой температуре углерод диффундирует в железо, образуя твердый раствор. В этих случаях атомы или ионы второго вещества внедряются в промежутки между элементами кристаллической решетки, отчасти деформируя ее (твердые растворы внедрения). [c.157]

Эти соединения имеют характер твердых растворов. Твердые растворы замещения образуются в основном веществами со сходными структурами (подобно жидкостям) твердые растворы внедрения могут быть образованы соединениями с самыми различными структурами. В таких соединениях энергии связей обусловлены, в основном, силами Ван-дер-Ваальса. Поскольку эти силы действуют в направлениях, где находятся элементы кристаллической решетки, результирующая энергия, приходящаяся на 1 тиоль вещества, может быть довольно значительной. Калориметрическими измерениями была установлена зависимость между теплотой образования соединений включения и степенью заполнения пустот кристаллической решетки. [c.77]

В растворах внедрения атомы растворенного вещества располагаются в межатомных промежутках кристаллической решетки растворителя. Число атомов на одну элементарную ячейку в таком растворе превышает это число для растворителя, причем превышение тем больше, чем выше концентрация раствора. Этот тип растворов ограничен системами, в которых размеры атомов одного сорта много меньше, чем атомов другого. [c.188]

Возникновение области гомогенности па базе химического соединения связано с образованием твердых растворов по одному из рассмотренных трех типов (см. гл. IX, 87). Возможно замещение атомов одного из компонентов соединения в его подрешетке атомами другого. Может возникнуть и твердый раствор внедрения в результате встраивания избыточных атомов одного из компонентов в междоузлия кристаллической решетки при благоприятном соотношении размерных факторов. Кроме того, для промежуточных фаз характерно образование твердых растворов вычитания с возникновением недоукомплектованной подрешетки на базе одного из компонентов. Во всех этих случаях в решетке возникают так называемые точечные дефекты чужеродный атом в узле подрешетки одного из компонентов (твердый раствор замещения), атом в междоузлии (твердый раствор внедрения) или вакансия в узле подрешетки (твердый раствор вычитания). Эти типы дефектов могут встречаться как порознь, так и в комбинации друг с другом. Например, при перемещении атома из узла в междоузлие (дефект по Френкелю) одновременно возникают и вакансия в узле кристаллической решетки и атом в междоузлии, что равносильно одновременному сосуществованию твердых растворов вычитания и внедрения. Реальный кристалл всегда содержит термодинамически равновесное количество дефектов, концентрация которых однозначно определяется внешними параметрами равновесия — температурой и давлением. [c.354]

По физическому строению их делят на ряд типов, основными из которых являются растворы замещения и растворы внедрения. Растворы замещения образуются между металлами, имеющими близкие атомные радиусы и сходные электронные структуры, а следовательно, и сходные кристаллические формы. Атомы одного металла последовательно заменяют в кристаллической решетке атомы другого металла, и постепенно кристаллическая структура одного металла переходит в структуру другого. Непрерывные твердые растворы относятся главным образом к этому типу. [c.273]

Растворы внедрения образуются за счет проникновения в кристаллическую решетку данного металла других атомов металлического и неметаллического типов, обычно имеющих меньший атомный радиус, чем атомный радиус основного металла (матрицы). Условием для образования твердого раствора этого типа является соотнощение радиусов [c.274]

Необходимо подчеркнуть, что в твердом растворе внедренные или замещающие атомы располагаются в хаотическом беспорядке. О их равномерном распределении во всем кристалле можно говорить лишь в статистическом смысле, т. е. сопоставляя об ъемы, содержащие достаточно большое число кристаллических я чеек. [c.403]

Твердые растворы внедрения. Б кристаллической решетке твердых растворов внедрения атомы растворенного элемента не замещают атомы растворителя, а располагаются между атомами в узлах решетки. Чаще всего твердые растворы внедрения образуются при растворенин в металлах переходных групп неметаллов с малыми атомными диаметрами, таких, например, как водород, азот, углерод, бор. В частности, твердый раствор углерода в у-железе (аустенит) является твердым раствором внедрения. Твердые растворы внедрения чаще всего образуют металлы, имеющие гранецентрированную кубическую решетку. [c.123]

На рие. 25 схематически представлены кристаллические рсшст-кп твердого растворителя (а), твердого раствора замещения (б) и твердого раствора внедрения (в). [c.186]

Можно предположить, что водород, удаляющийся из железа и никеля при низкой температуре, является атомарным адсорбированным водородом (первая ступень). Что касается водорода, покидающего железо и никель при более высоких температурах (вторая ступень), то, согласно данным рентгеноструктурного анализа, в сопоставлении с физическими, химическими и электрохимическими свойсп-вами можно утверждать, что водород в железе, п никеле (п, наверное, в кобальте) образует стабильный твердый раствор внедрения протонов в кристаллическую решетку металла. [c.48]

Возможность образования твердых растворов внедрения определяется факторами, характерными и для тверых растворов замещения, т. е. относительными размерами ионов, их валентностью и химическим сродством. Размер внедряемого иона обусловливается размерами незаполненных пустот или междуузлий в кристаллической решетке основного вещества. [c.172]

Феррит является твердым раствором внедрения углерода в объемноцентрированной кубической решетке железа. В связи с малыми расстояними между атомами железа в кристаллической решетке атомы углерода вынуждены размещаться в дефектах решетки (вакансиях, дислокациях). Поэтому углерод растворяется мало, — его предельное содержание в феррите не превышает 0,1%(масс.). [c.618]

Фер1)ит — твердый раствор внедрения углерода в кристаллическую решетку полиморфной модификации а-железа, в конструкционных (см. ниже) сталях состав,ляет не менее 90% по объему. Он во многом определяет свойства стали. Легирующие элементы, растворяются в феррите и упрочняют его. Особенно сильно повышают твердость феррита 81, Мп и N1, склонные к образованию иных кристаллических решеток, чем объемно-центрированная кубическая решетка а-Ге. Слабее влияют Мо, W, Сг, изоморфные а-Ре. Наиболее ценным и дефицитным легирующим элементом является никель. Вводя никель в стали в количестве от [c.628]

Твердые растворы внедрения. Эти растворы образуются внедрением частиц растворяемого вещества в междоузлия кристаллической решетки растворителя. Твердые растворы внедрения могут быть только с ограниченной взаимной растворимостью компонентов. Для них существенное значение играет энергетика деформационного искажения кристаллической решетки. Образование твердых растворов внедрения возможно при соответствии размера внедряемого атома размеру пустот в междоузлиях кристаллической решетки. Например, для металлов характерны два типа пустот— тетраэдрические (окружены четырьмя атомами) и октаэд-ричеокие (окружены шестью атомами). При образовании металлических твердых растворов внедрения в качестве внедряемых выступают атомы легких неметаллов — Н, В, С, N, О и др. Встраивание их не изменяет типа кристаллической решетки. Примером могут служить твердые растворы водорода в палладии, углерода в железе, бора в переходных металлах и т. п., которые обладают металлическим характером. При достижении некоторой предельной концентрации внедренных атомов имеет место образование фазы внедрения. [c.222]

Кроме этого, существуют твердые растворы внедрения, образуемые некоторыми веществами, в которых частицы растворяемого вещества размещаются в пустотах кристаллической решетки другого, играющего роль растворителя. К таким системам относятся сплавы ряда металлов, для которых соотношение радиусов их атомов не превышает 0,63 твердые растворы некоторых солей — MgFj в LIF, УРз в Сар2 продукты внедрения молекул газов в полостл кристаллов -металлов. [c.97]

В твердых растворах замещения ионы растворяемого металла занимают узлы кристаллической рещетки (чередуясь с ионами основного металла), а в твердых растворах внедрения— проникают в междуузлия кристаллической рещетки (для чего размер частиц не должен превышать 2/3 размера частиц основного компонента). [c.78]

II. Твердые растворы внедрения образуются в результате встраивания атомов растворяемого вещества в междоузлия кристаллической решетки растворителя. Растворы такого типа могут быть только ограниченными, поскольку при определенной концентрации растворенного вещества напряжения в решетке (АЯдеформ) стано- [c.351]

П1. Твердые растворы вычитания образуются только на основе химических соединений при недостатке одного из компонентов в соответствующей подрешетке. Типичный пример твердого раствора вычитания представляет собой фаза Т 0, состав которо д характеризуется формулой Т1о,75 1,о О1,оч-о,58- Реально эта фаза существует как в виде твердого раствора вычитания по титан Т1о,75 1,о О (вакантна часть мест в подрешетке титана), так и в виле твердого раствора вычитания по кислороду Т101,о о,5з (все места в подрешетке титана заняты, а часть кислородных вакантна). Следует отличать фазы с избытком одного из компонентов против стехиометрии, который внедрен в междоузлия (твердые растворы внедрения), от фаз с недостатком другого компонента в узлах кристаллической решетки. Хотя при этом валовый состав может оставаться одним и тем же (например, запись АВ1Л2 формально эквивалентна записи 1,00 = 0,895). однако для АВ1Л2 будет раствор внедрения по [c.352]

Например, атомы меди или лития, попадая в кристаллическую решетку германия, образуют твердые растворы внедрени . Обычно в элементарных ячейках основного вещества появляются некоторые искажения под влиянием внедренных атомов, могут даже измениться параметры решетки. Однако если атомы примеси малы и не вызывают заметных изменений параметров решетки, то это будет сопровождаться увеличением пикнометрической плотности вещества. [c.139]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология