Chimica e tecnologia dei materiali - struttura dei metalli

Materiali

I materiali possono essere:

• Amorfi: in cui gli atomi sono uniti secondo strutture disordinate (no ordine geometrico a lungo raggio = struttura regolare che si ripete)
• Cristallini: in cui gli atomi sono uniti secondo strutture ordinate (ordine geometrico a lungo e breve raggio)

Struttura cristallina dei metalli

I metalli, allo stato solido, hanno gli atomi disposti secondo una struttura ordinata e ripetitiva, chiamata reticolo cristallino. I nuclei occupano i nodi del reticolo, gli elettroni degli strati interni restano legati ai nuclei, mentre quelli dello strato esterno sono liberi di muoversi. Il legame metallico deriva dall’interazione tra i nuclei e gli elettroni liberi.

Bravais scoprì ben 14 tipologie di reticoli cristallini. Si ottengono così la struttura:

• Cubica a facce centrate (cfc)
• Cubica a corpo centrato (ccc)
• Esagonale compatta (ec)

Alcuni metalli possono avere strutture cristalline differenti (forme allotropiche) in base alla temperatura e alla pressione → Polimorfismo. Come il ferro (alfa, gamma, delta).

Difetti dei reticoli cristallini

All’interno del reticolo possono esserci dei difetti di vario tipo. Questi possono essere:

Puntiformi

• Vacanze = una posizione reticolare non occupata da alcun atomo
• Atomi costituzionali = atomi di diversa specie che occupano il posto degli atomi presenti
• Atomi interstiziali = atomi di diversa specie che occupano gli spazi tra gli atomi
• Atomi autointerstiziali = atomi della stessa specie che occupano gli spazi tra gli atomi
• Difetto Frenkel = è un difetto combinato. Si ha vacanza cationica-anionica + difetto autointerstiziale
• Difetto di Schottky = è un difetto combinato. Si ha vacanza cationica + vacanza anionica

Lineari

Si hanno durante la solidificazione o in seguito a deformazione plastica. Possono essere:

• A spigolo = indicata con ( ḻ ), è localizzata al termine di un semipiano aggiuntivo
• A vite = è associata alla rotazione di una parte del reticolo

Esiste un metodo per definire la tipologia di dislocazione. Fu Burgers a definirlo tramite i cosiddetti vettori di Burgers (b e t); dove b è la direzione dello scorrimento. Se b è perpendicolare a t si ha la dislocazione lineare o a spigolo. Se b è parallelo a t si ha la dislocazione elicoidale o a vite.

Quando viene applicato uno sforzo di taglio, la deformazione plastica può avvenire per scorrimento. Il movimento delle dislocazioni, che si propagano, causa la deformazione. Si ha, quindi, il fenomeno di incrudimento; il metallo aumenta le sue caratteristiche meccaniche di resistenza.

Di superficie