Orice ansamblu de particule materiale defineste un sistem ce se poate
caracteriza prin : omogenitate, izotropie si simetrie.
Omogenitatea intr-un sens larg, se defineste ca identitatea proprietatilor
pe intreg spatiul ocupat de ansamblul de particule si este o consecinta a unei
anumite distributii a particulelor constitutive. Identitatea proprietatilor se poate
obtine prin doua modalitati de ocupare a spatiului de particulele discrete:
- distribuirea haotica, statistica a particulelor in spatiul disponibil, ceea ce
atrage dupa sine echivalenta tuturor pozitiilor si directiilor in materialul considerat
(omogenitate statistica);
- distribuirea ordonata, cu repetari periodice a particulelor materiale,
distanta dintre particule pe o directie fiind constanta si diferita pe doua directii
invecinate.
Izotropia se refera la variatia proprietatilor fizice vectoriale in functie de
directie. Daca proprietatile sunt independente de directie, sistemul este izotrop iar
daca valorile numerice ale proprietatilor sunt in functie de directie, sistemul este
anizotrop.
Simetria unui sistem este exprimata prin invarianta sistemului fata de
deplasare. Din acest punct de vedere exista doua situatii limita: prima in cazul
sistemelor cu distributie complet aleatoare a particulelor si a doua cazul
sistemelor cu dispunere strict ordonata, unde se mai pastreaza doar invarianta fata
de translatie.
Gradul de simetrie sta la baza clasificarii corpurilor solide in trei stari
structurale: amorfa, cristalina si mezomorfa.
STIINTA MATERIALELOR
12
Starea structurala amorfa este caracterizata de dispunerea aleatoare a
particulelorintre care exista forte de interactiune. Aceste forte de interactiune pot
conduce chiar la realizarea unei dispuneri ordonate ce se limiteaza insa numai la
cateva particule (asa numita "ordine apropiata"). ca exemplu tipic in acest sens
este sticla silicatica a carei structura are la baza tetraedri SiO4 dispusi aleator
(v. cap7); structura amorfa mai este numita din aceasta cauza si stare vitroasa.
Dispunerea haotica a particulelor care nu se pot deplasa face ca starea amorfa
(vitroasa) sa fie considerata ca un "lichid inghetat" in care vascozitatea ridicata
impiedica ordonarea structurii.
Starea structurala amorfa confera corpurilor cateva caracteristici: izotropie
a proprietatilor, absenta formelor geometrice regulate proprii, absenta unui punct
de topire-solidifcare (pe masura ce temperatura creste, scade vascozitatea si se
ajunge la starea lichida) si energie interna mai mare decat a starii cristaline (in
aceleasi conditii de temperatura si presiune).
Starea structurala cristalina se caracterizeaza prin dispunerea ordonata a
particulelor, rezultand o aranjare periodica dupa cele trei directii (ordine extinsa
sau indepartata). Solidele cristaline prezinta proprietati caracteristice cum ar fi:
anizotropia proprietatilor, capacitate de a prezenta forme geometrice regulate
proprii la nivel macroscopic, punct de topire-solidificareconstant (pe masura ce
temperatura creste, creste agitatia termica astfel ca la o anumita valoare a
temperaturii se rup legaturile care tineau particulele in structura ordonata)
Ordonarea particulelor in structura cristalina poate avea grade de simetrie
diferite, astfel ca in cele ce urmeaza in cadrul acestui capitol se vor introduce
notiunile de baza de cristalografie.
Starea mezomorfa sau precristalina se caracterizeaza printr-un inceput de
ordonare pe o directie sau intr-un plan a particulelor Structura mezomorfa este
intalnita in special la cristalele lichide, materiale a caror utilizare la construirea
dispozitivelor electronice de afisare se bazeaza pe proprietatea lor de a-si modifica
orientarea particulelor in prezenta campului electric.
Indiferent de starea structurala, in functie de tipul particulelor constituente
si de natura legaturii chimice preponderente, orice substanta poate fi incadrata in
una din categoriile: ionica, atomica, metalica, moleculara. Relatia dintre tipul
legaturii chimice si principalele clase de materiale se poate ilustra asa cum este
schematizat in figura 1.1; asezand in varfurile tetraedrului cele patru tipuri de
Capitolul 1 Notiuni de structura cristalina
13
legaturi chimice, muchiile acestuia vor reprezenta trecerea continua de la un tip de
legatura la altul.
Pe baza acestei reprezentari se pot formula urmatoarele observatii:
- materialele metalice sunt caracterizate in principal de legatura metalica,
dar pot apare in cazul unor aliaje si legaturi de tip ionic (muchia 2-1) sau covalent
(muchia 2-3);
Fig. 1.1. Schematizarea corelatiei dintre tipul legaturilor chimice si principalele clase de materiale
- materialele ceramice si sticlele sunt caracterizate de legaturi ionice si
covalente in aceeasi proportie (muchia 1-3);
- materialele polimerice sunt substante moleculare cu legaturi covalente
sau de tip van der Waals (muchia 1-4);
- majoritatea materialelor semiconductoare sunt substante cu legaturi
covalente, existand si compusi cu legaturi ionice (muchia 1-3).
1.2. Structura cristalina a metalelor
Pentru definirea principalelor notiuni de cristalografie se va studia cazul
metalelor, care ocupa in tabelul periodic pozitiile marcate in tabelul 1.1 si au
caracteristicile prezentate in tabelul 1.2.
Aczel O., Bozan C., Dislocatiile si frecarea interna la metale, Editura Facla,
Timisoara, 1974
2. Colan H. s.a., Studiul metalelor, Editura Didactica si Pedagogica, Bucuresti,
1983
3. Licea I., Fizica metalelor, Editura Stiintifica si Enciclopedica, Bucuresti 1986
4. Shackelford J., Introduction to Materials Science for Engineers, Macmillan
Publishing Company, New York, 1988
5. Ursache M. , Chirica D., Proprietatile metalelor, Editura Didactica si
Pedagogica, Bucuresti, 1982
6. Van Vlack L. H., Elements of Materials Science and Engineering, Sixt
Edition, Addison-Wesley Reading, Massachusetts, 1989
7. Zecheru Gh. Draghici Gh. Elemente de stiinta si ingineria materialelor , vol. 1,
Ed. ILEX si Ed. UPG Ploiesti, 2001
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
