Кристалічна структура металів. Поняття елементарної комірки. Основні типи кристалічних ґраток. Основні відомості про тантал. Фазовий склад та фазові перетворення в тонких плівках танталу. Теорія фазового розмірного ефекту. Розрахунок фазового переходу.
Аннотация к работе
Кристал можна представити як періодично повторювані в просторі однакові елементарні структурні одиниці - елементарні комірки кристалу, що складаються з одного, у найпростішому випадку, або декількох атомів кожна. Всі розташовані в ній атоми прийнято називати базисом елементарної комірки кристалу. Закономірності будови елементарної комірки й базису, зокрема ступінь їхньої симетричності визначає багато властивостей кристала, у першу чергу електричні, магнітні й механічні. У тих випадках коли, кристал складається з декількох хімічних елементів, наприклад, натрію й хлору, елементарна комірка буде містити як мінімум два атоми: натрій і хлор. Існують кристали, наприклад, білкові, елементарна комірка яких складається з молекул, що містять кілька тисяч атомів.За допомогою теорії груп було показано, що все різноманіття кристалів може бути описане за допомогою 14 типів кристалічних ґрат (ґрат Браве), зображених на рис. У моноклінній системі комірка має форму прямої призми з ребрами різної довжини. У ромбічній системі комірка має форму прямокутного паралелепіпеда з ребрами різної довжини. У кубічній системі комірка має форму куба. комірка може бути із центрованими гранями куба (ГЦК - гранецентрований куб) або центром (ОЦК - обємноцентрований куб). У гексагональній системі комірка має форму прямої призми з ромбом у основі, причому кут у ромбі дорівнює 60 градусам.У кристалі велике значення мають особливі кристалографічні площини, що проходять через вузли кристалічних ґраток. Кристалографічні площини прийнята описувати індексами Міллера - набором трьох цілих чисел, взятих у круглі дужки . Рисунок 1.5 - Деякі кристалографічні площини кубічної решітки однозначно зададуть минаючу через них площину. 1.4 площині можна провести багато паралельних площин минаючих через вузли кристалічних ґраток, відкладаючи по осях відрізки з довжинами (-ціле число) відстань між такими найближчими площинами називається міжплощинною відстанню системи площин . У кристалах з кубічним осередком індекси Міллера площини збігаються з координатами напрямку вектора нормалі до неї, у випадку інших осередків це як правило не так.Tantalum), Та, хімічний елемент V групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 73, атомна маса 180,948; метал сірого кольору із злегка свинцевим відтінком. У природі перебуває у вигляді двох ізотопів: стабільного 181Та (99,99%) і радіоактивного 180Та (0,012%; Т1/2= 1012 років). Пластичний металевий тантал уперше одержав в 1903 німецький хімік В. Больтон. Характерний елемент гранітної й осадової оболонок (середній вміст досягає 3,5·10-4 %); у глибинних частинах земної кори й особливо у верхній мантії його мало (в ультраосновних породах 1,8·10-6 %).Основною сировиною для виробництва танталу та його сплавів і зєднань служать танталові й лопарові концентрати, що містять відповідно близько 8% Ta2O5 і 60% і більше Nb2O5. Концентрати переробляють звичайно в три стадії: 1) розкриття, 2) поділ Та й Nb і одержання їхніх чистих зєднань, 3) відновлення й рафінування Та. Для виробництва металевого танталу застосовують відновлення його з Ta2O5 сажею в одну або у дві стадії (з попереднім одержанням TAC із суміші Ta2O5 із сажею в атмосфері CO або H2 при 1800-2000 °C); електрохімічне відновлення з розплавів, що містять K2TAF7 і Ta2O3, і відновлення натрієм K2TAF7 при нагріванні.Тантал має комплекс ціних властивостей - гарною пластичністю, міцністю, зварюваністю, корозійною стійкістю при помірних температурах, тугоплавкістю, низьким тиском пари, високим коефіцієнтом теплопередачі, невеликою роботою виходу електронів, здатністю утворювати анодну плівку (Ta2O3) з особливими діелектричними характеристиками й "приживатися" з живою тканиною організму. Завдяки цим властивостям тантал знаходить застосування в електроніці, хімічному машинобудуванні, ядерній енергетиці, у металургії (виробництво жароміцних сплавів, нержавіючих сталей), у медицині, у вигляді TAC його застосовують у виробництві твердих сплавів. Із чистого металу виготовляють електричні конденсатори для напівпровідникових приладів, деталі електронних ламп, корозійностійку апаратуру для хімічної промисловості, фільєри у виробництві штучного волокна, лабораторний посуд, тиглі для плавки металів (наприклад, рідкоземельних) і сплавів, нагрівачі високотемпературних печей, теплообмінники для ядерно-енергетичних систем.Тантал має кубічну обємо-центровану решітку (а = 3,296 нм ); атомний радіус 1,46 А, іонні радіуси Та2 0,88 А, Та5 0,66 А, густина 16,6 г/см3 при 20 °C, тпл= 2996 °C, ткип = 5300 °C, питома теплоємність при 0-100 °C сягає 0,142 КДЖ/(кг?К); теплопровідність при 20-100 °C становить 54,47 Вт/(м?К). Температурний коефіцієнт лінійного розширення 8,0?10-6 при 20-1500 °C, питомий електричний опір при 0°C має величину 13,2?10-8 Ом?м, при 2000 °C - 87?10-8 Ом?м. Чистий тантал - пластичний метал, легко обробляється тиском при низьких температурах без значного наклепу.
План
Зміст
Розділ 1 КРИСТАЛІЧНА СТРУКТУРА МЕТАЛІВ
1.1 Поняття елементарної комірки
1.2 Основні типи кристалічних ґраток
1.3 Індекси Міллера
РОЗДІЛ 2 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛУ
2.1 Основні відомості про тантал
2.1.1 Отримання танталу
2.1.2 Застосування танталу
2.1.3 Фізичні властивості танталу
2.1.4 Хімічні властивості танталу
2.2 Фазовий склад та фазові перетворення в тонких плівках Ta