Metallurgiya texnikasining tarixi va rivojlanishi Reja

§ 4. Metall panjaralarining real tuzilishi
Kristall panjaralar ustida olib borilgan izlanishlar shuni ko‘rsatadiki, tabiatda
moddalarning kristall panjaralari hamisha benuqson bo‘lmaydi. Ularda ham ba’zi
kamchiliklar va xatoliklar uchrab turadi. Real ya’ni haqiqiy kristall panjaralarning
tuzilishida nuqsonlar nisbatan ko‘proq kuzatilishi shu sohada olib borilgan ilmiy
tadqiqotlar natijasida ma’lum bo‘ldi. Bu nuqsonlarning soni va turi kristall
panjarali moddalarning ba’zi xossalariga o‘z ta’sirini ko‘rsatmay qolmaydi. Bu
ta’sirni juda kuchli desak ham bo‘ladi, chunki ba’zi sezuvchan-tuzilishli xossaga
ega bo‘lgan moddalarda bu katta amaliy ahamiyatga ega.
Kristall panjara tuzilishidagi nuqsonlar har xil ko‘rinishda bo‘lishi mumkin.
Ulardan uchtasi eng ko‘p uchraydigan nuqsonlardan hisoblanadi. Bularga: nuqtali,
chiziqli va sirtqi nuqsonlar kiradi. Ulardan eng oddiysi va shu bilan birga eng
muhimi nuqtali nuqsondir. Nuqtali nuqson bu – kristall panjara tugunlarining
bo‘sh qolib ketishi yoki atomlarning panjara tugunlari orasida joylashib qolishi
natijasida hosil bo‘ladigan nuqson turidir (1.6-rasm, b-sxema). Nuqtali nuqsonda
kristall panjara tugunida atom (ion)lar o‘rnasha olmasdan bo‘sh qolib ketishi
natijasida hosil bo‘ladigan bo‘shliq – vakansiya deyiladi (1.6-rasm, a-sxema). O‘z
panjarasi tugunidan uzilgan va shu joyida vakansiya hosil bo‘lishiga sabab bo‘lgan
atom esa – dislotsirovlangan atom deyiladi. Vakansiyaga qo‘shni bo‘lgan atom
xohlagan vaqtda yana o‘z o‘rniga qaytishi va buning natijasida yana yangi
vakansiya paydo qilishi mumkin. Shu tartibda vakansiya bir o‘rindan boshqa bir
o‘ringa ko‘chib yurishi mumkin. Nuqtali nuqsonlar yarim o‘tkazgich materiallar
xossalariga juda katta ta’sir ko‘rsatadi.
1.7-rasm. Metall panjaralarining real tuzilishining sxematik ko’rinishi:
a) vakansiya; b) nuqtaviy nuqsonlar; d) dislokatsiyalar.
Kristall panjara tuzilishidagi chiziqli nuqsonlar boshqacha dislokatsiyalar
deyiladi (1.5-rasm, d-sxema). Dislokatsiyaning oddiy ko‘rinishi bu – chegaraviy
dislokatsiyadir. Bu chegaraviy dislokatsiya kristall panjara qatlamidagi ma’lum bir
sirtning siljishidan hosil bo‘ladi. Kristall panjaradagi bir tekislikda yotgan atomlar
qatlamining siljishi natijasida shu qatlam bilan chegaradosh bo‘lgan parallel qatlam
orasida bir chiziqda yotadigan bir yoki bir necha atomlar hajmicha bo‘sh, chiziqli,
bir tekis yo‘lakcha paydo bo‘lganligi uchun bu nuqsonga chiziqli nuqson deya
ta’rif berilgan.
Sirtqi nuqsonlar esa kristall panjarali jismning yuza qismida yoki kristall
panjaralarni yoqlarida joylashgan bo‘lib, u bir nechta nuqtali nuqsonlardan va har
xil chiziqli nuqsonlardan tashkil topgan, kombinatsiyalashgan nuqson turidir.
Kristall panjarali tuzilishga ega bo‘lgan barcha moddalarning xossalariga
mazkur nuqsonlar sezilarli darajada ta’sir qiladi. Masalan, vakansiyalarning paydo
bo‘lishi metallning zichligini kamayishiga olib keladi, zichligining kamayishi esa
uning mexanik mustahkamligiga salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Bundan tashqari, bu
nuqsonlar metallarning elektr va issiqlik o‘tkazuvchanligining kamayishiga va
ularda elektr qarshiligining ortishiga ham olib keladi. Buning natijasida
metallarning mexanik ko‘rsatkichlari va sifati pasayadi.
Allotropiya. Tabiatda ba’zan bir xil kimyoviy elementdan tashkil topgan lekin
tarkiblari, xossasi va kristall holatlari bilan farq qiladigan oddiy moddalarni
uchratamiz. Masalan, grafit tarkibi uglerod elementi atomlaridan iborat bo‘lib,
nisbatan yumshoq, mo‘rt va qoramtir rangga ega. Ammo xuddi shu uglerod
elementidan iborat bo‘lgan olmos moddasi ham bor, lekin uning xossalari butunlay
aksincha, juda ham qattiq, mustahkam va shaffof ko‘rinishga ega. Oddiy
moddalarda uchraydigan bunday g‘ayritabiiy hodisani allotropiya hodisasigina
tushuntirib berishga qodirdir.
Allotropiya – bir oddiy modda odatdagi sharoitda bir necha xil oddiy
moddalarni hosil qilish hodisasidir. Hosil bo‘ladigan moddalar esa allotropik
shakl o‘zgarishi yoki modifikatsiyasi deyiladi.
Allotropiya hodisasi ikki xil holatda vujudga keladi:
1) molekulada atomlar sonining turlicha bo‘lishiga qarab; masalan, kislorod
moddasi – O₂ va ozon – O₃, S₄ va S₈, P₄ va P;
2) kristal panjaralarining turlicha bo‘lishiga qarab; masalan,
C → olmos, grafit, karbin, fulleren; P → oq, qizil, sariq, qora; Fe → α, β, γ, σ;
Sn → oq, kulrang; S → monoklinik, plastik, kristall; Si → amorf, kristall; Se →
plastik, kristall.
Allotropiya hodisasi asosan davriy sistemada IV, V, VI guruhlarda uchraydi.
H₂, N₂, F₂, Cl₂, Br₂, J₂ larda allotropiya hodisasi kuzatilmaydi.
Bir moddaning turlicha kristall tuzilishga ega bo‘lishi polimorfizm hodisasi
ham deyiladi. Masalan: SiO₂, S, Fe, Sn, Se kabilar turli tuzilishdagi moddalarni
hosil qilgani uchun bu moddalar polimorf moddalar deyiladi.
Tarkibi turlicha bo‘lgan moddalarning bir xil kristall tuzilishga ega bo‘lish
hodisasiga izomorfizm deyiladi. Masalan: olmos va osh tuzi o‘zaro bir xil tuzilishli
kristallarni hosil qiladi. Bu moddalar izomorf moddalar deyiladi.
Metallarning fizik xossalari ularning kristall tuzilishi bilan izohlanadi.
Kristallni tashkil qilgan zarrachalar orasidagi bog‘lanishning mustahkamligi
kristall panjara energiyasining qiymati bilan belgilanadi. Kristall panjara
energiyasi 1 g-mol kristalldagi zarrachalarni bir-biridan ajratish uchun zarur
bo‘lgan enegiya bilan o‘lchanadi.
Modda suyuqlanganida, biror erituvchida eriganida yoki
sublimatsiyalanganida (ya’ni qattiq modda suyuq holatga o‘tmay birdaniga bug‘ga
aylanganida) kristall panjara yemiriladi. Shuning uchun ham moddaning
suyuqlanish issiqligi, erish issiqligi va sublimatlanish issiqligi o‘sha moddaning
kristall panjarasi energiyasiga bog‘liq. Kristall panjara energiyasi kichik bo‘lgan
modda ayni erituvchida kristall panjara energiyasi katta bo‘lgan moddaga nisbatan
ko‘proq eriydi.
Harorat oshganda metallarning kristall panjaralari asta-sekin buzila boshlaydi
va atomlarning harakati tezlasha boradi. Bu holat esa metallni bora-bora suyuq
holatga o‘tishini ta’minlaydi. Metallarning suyuq holatga o‘tishi boshlangan
harorat metallarning suyuqlanish harorati deyiladi.
Ba’zi metallar harorat oshganida o‘z kristall panjaralarini o‘zgartiradi. Bu
harorat ularning allotropik yoki polimorf o‘zgarish harorati deyiladi. Masalan,
temirning ikkita polimorf o‘zgarish harorati bor, ular: 911oC va 1392oC lardir.
911 oC dan quyi haroratlarda temir α (alfa) modifikatsiyasi ko‘rinishida
bo‘ladi. 911 oC haroratda esa, kristall panjarasi hajmi markazlashgan kub
shaklidagi α – temir yoqlari markazlashgan kub shaklidagi γ – temir
modifikatsiyasiga o‘tadi. Harorat tobora oshib 1392 oC ga yetganda yana temirning
hajmi markazlashgan kub shaklidagi α – modifikatsiyasi hosil bo‘ladi. Yana shuni
aytib o‘tish joizki, temirning bir holatdan boshqa holatga o‘tishi natijasida uning
xossalari ham o‘zgara boradi. Masalan, temir 768 oC dan quyi haroratlarda
ferromagnit xususiyatiga ega bo‘lib, harorat 768 oC ga yetganda esa u butunlay
magnitlik xossasini yo‘qotadi. Magnitlik xossasini yo‘qotgan temirni ba’zan β –
temir modifikatsiyasi deb ham yuritiladi.