Struktura a vlastnosti kovů I.
Vlastnosti fyzikální (teplota tání, měrný objem,
moduly pružnosti)
Vlastnosti elektrické (vodivost,polovodivost,
supravodivost)
Vlastnosti magnetické (feromagnetika,
antiferomagnetika)
Vlastnosti mechanické (pružnost, pevnost)
Vlastnosti fyzikální
Teplota tání
Měrný objem
Modul pružnosti v tahu
Modul pružnosti ve smyku
Délková roztažnost a objemová stlačitelnost
Vlastnosti elektrické
Vodivost kovů
Experimentální fakta:
- Nad Debyeovou teplotou roste odpor kovů lineárně s teplotou
- Za nízkých teplot, ale T>20K, je odpor mnoha kovů úměrný T5
- U většiny kovů odpor klesá, zvyšuje-li se tlak
- Odpor kapalin je vyšší než odpor pevných látek
- Matthiessenovo pravidlo: měrný odpor  = o + (T), kde
o roste s rostoucím množstvím příměsi a (T) záleží jen na teplotě
- Vizmutová anomalie: při tání a s telurem při legování
- Odpor slitin vykazuje výrazná minima odpovídající uspořádaným fázím
- Wiedemannův-Franzův zákon: nad Debyeovou teplotou je poměr tepelné
a elektrické vodivosti u všech kovů přibližně konstantní a úměrný absolutní
teplotě
- U některých kovů se objevuje supravodivost při teplotách blízko absolutní
nuly
Modely vodivosti
Modely vodivosti
Drude-Lorenz(1900,1905):Volné elektrony - interakce s mřížkou atomů
- ustálený stav toku elektronů (klasická statistika)
Sommerfeld (1928): (Fermi-Diracova statistika)
Při vedení elektřiny se uplatňují jen elektrony s energií blízkou Fermiho
energii ­ velká střední volná dráha elektronů
Bloch (1930): Pásová teorie ­ příčina odporu=odchylky od
periodičnosti potenciálového pole : 1. kmity mřížky, 2. mřížkové
poruchy, 3. příměsi, 4. hranice zrn
Fermiho energie a změna obsazení stavů s teplotou
Fonony, vakance a intersticiály, dislokace, vrstevné chyby a hranice
zrn
Kvalitativní rozbor vlastností měrného odporu
Polovodiče
Polovodiče
Elektrony a díry, jejich pohyblivost
Energie Fermiho, valenční a vodivostní
pás
Model izolátoru a vlastního polovodiče
Model příměsového polovodiče
Supravodiče
Nízkoteplotní (T<23 K) ­ kovy,slitiny,
intermetalika
Vysokoteplotní (T>77 K) ­ směsné oxidy
Vlastnosti magnetické
Feromagnetismus
Feromagnetické jsou čisté prvky: Fe, Co, Ni, Gd, Dy, slitiny, oxidy
Kritická (Curieova feromagnetická, Neélova antiferomagnetická) teplota
Weiss (1907):
- Makroskopický vzorek obsahuje určitý počet ,,domén", spontánně
zmagnetovaných, jejichž magnetické momenty se vektorově sčítají a
výsledek je spontánní magnetizace vzorku
- Spontánní magnetizace v doméně je způsobena ,,molekulárním
polem", které orientuje atomové dipóly souhlasně
Weissovo ,,molekulární pole" a experiment
Heisenberg (1928): výměnná interakce mezi elektrony ­ vysoká hodnota
pole (výměnný integrál)
Hranice domén ­ Blochovy stěny ­ Bitterovy obrazce
Vlastnosti magnetické
Antiferomagnetismus
Záporná hodnota výměnného integrálu ­ antiparalelní
orientace sousedních spinů
Susceptibilita polykrystalického antiferomagnetika
v závislosti na teplotě ­ maximum
Neélova teplota
Model dvou podmřížek
Příklady: Cr, MnO, MnF2
Vlastnosti magnetické
Ferimagnetismus
Magnetit: Fe2+Fe2
3+O4 ­ struktura spinelu MgAl2O4
Odpor feritů pro ss-proud je o 4-11 řádů vyšší než odpor
Fe
Vlastnosti mechanické
Pružná deformace
Napětí, prodloužení
Hookeův zákon:  = E. , mez pružnosti E
pro pevnostní výpočet součástí
Vnější síly vychylují atomy z rovnovážných poloh porušení
rovnováhy ­ reakce: návrat do původních poloh
po odlehčení
Modul pružnosti v tahu (tlaku) E, ve smyku G:
Pro většinu kovů G = 0,373 E (=0,33 ­ Poissonovo číslo)
Vlastnosti mechanické
Trvalá deformace
Trvalé změny tvaru těles ­ posunutí atomů o vzdálenost
větší než mřížková konstanta ­ skluz, skluzové roviny,
dvojčata, dvojčatění, kritické smykové napětí (teoretická
pevnost), mez pevnosti Pt
Teoretická (G/2) a experimentální pevnost ­ dislokace
Frankův-Readův zdroj (1950), whiskery
Deformace účinkem napětí za vysokých teplot ­ creep
Opakovaná deformace účinkem napětí ­ cyklická únava
Ohřev polykrystalů po deformaci: zotavení, rekrystalizace
Tvrdost, křehkost, tvárnost (kujnost)
Viz: zkoušení kovů