Для металлов, а также для многих химических соединений (карбидов, нитридов) характерны простые ячейки, в которых атомы расположены только в узлах кристаллической
решетки, — это кубические, гексагональные, тетрагональные. Элементарные ячейки изображают в виде геометрических фигур (например, куб) с атомами в виде точек в вер-шинах (узлах) кристаллической ячейки, соединяющие их линии символизируют межатомные связи (рис. 1.7). Такое изображение ячейки является условным. В действительно-
сти атомы имеют определенные размеры и могут соприкасаться друг с другом внешними орбитами (рис. 1.8).
Простейшим типом кристаллического строения является кубическая решетка, в которой атомы расположены в вершинах куба (см. рис. 1.7). На ее примере покажем основ-ные параметры решетки:
— период решетки равен а (a =b = c);
— базис решетки равен 1 (1/8·8 1 — каждый из атомов, расположенных в вершинах куба, принадлежит восьми элементарным ячейкам, т.е. на одну ячейку приходится 1/8
атома);
— координационное число равно 6 (К6) (от каждого атома равноудалены на расстояние, равное периоду решетки, четыре атома в узлах ячеек, лежащих в одной с ним пло-скости, и два атома, расположенных в верхней и нижней плоскостях).
В простой кубической решетке атомы уложены (упакованы) недостаточно плотно. Стремление атомов занять места, наиболее близкие друг к другу, приводит к образованию новых типов кубических решеток — кубической объемно-центрированной (ОЦК — см. рис. 1.8, а); кубической гранецентрированной (ГЦК — см. рис. 1.8, б), характерных для многих металлов.
В решетке ОЦК атомы расположены в вершинах куба и его центре. Период решетки равен а, базис решетки — 2 (1/8 ×× 8 + 1 = 2; 8 — это атомы, расположенные в углах куба, 1 — атом в центре куба, принадлежащий только одной ячейке); координационное число равно 8 (К8). Решетку ОЦК имеют металлы К, Na, Li, Ta, W, Mo, Feα, Cr, Nb и др.
В решетке ГЦК атомы расположены в вершинах куба и центрах его граней; такая решетка характеризуется периодом а, базисом — 4 (1/8·8 + 1/2·6 = 4; восемь атомов
в вершинах куба и шесть атомов в центрах граней, каждый из которых принадлежит двум элементарным ячейкам); координационное число равно 12 (К12). Решетку ГЦК имеют металлы Ca, Pb, Ni, Ag, Au, Pt, Feγ и др., а также ряд карбидов и нитридов (т.е. химических соединений — неметаллов): VC, ZrC, VN, TiN, ZrN и др.
Ряд металлов — Mg, Tiα, Cd, Os и др. и химических соединений — Nb2C, Ta2C и др. имеют гексагональную плотноупакованную решетку — ГПУ (рис. 1.8, в).
В решетке ГПУ атомы расположены в вершинах и в центрах шестигранных оснований призмы, а также три атома находятся в средней плоскости призмы. Периоды решетки — а и с, причем с/а > 1 (например, с/а = 1,633 для Ru, Cd и с/а > 1,633 для Mg, Zn).
Базис решетки равен 6:
— три атома, находящиеся в средней плоскости призмы и принадлежащие только одной ячейке;
— два атома привносят атомы, расположенные в вершинах призмы (каждый из 12 таких атомов принадлежит шести элементарным ячейкам 1/6·12 = 2);
— один атом — атомы, расположенные в центре основания призмы (поскольку каждый из этих атомов принадлежит двум элементарным ячейкам 1/2·2 = 1).
Координационное число равно 12 (К12).
Некоторые металлы (Snα, In), а также химические соединения (например, бориды — Тi2В, V2B2) имеют тетрагональную (a = b ≠ c — см. табл. 1.1) кристаллическую решетку (рис. 1.9). Отношение параметров с/а характеризует степень тетрагональности кристаллической решетки.
В зависимости от расположения атомов тетрагональная решетка может быть простой (атомы расположены в вершинах призмы), объемноцентрированной (атомы
расположены в вершинах и в центре призмы — решетка закаленной стали) и гранецентрированной (атомы расположены в вершинах и в центрах граней призмы).