При смешивании двух разных металлических элементов, полученный материал может быть как однофазным, так и многофазным сплавом. Сплав, который из них образуется, зависит от растворимости одного элемента в другом, и это определяется кристаллической природой элементов, а также их относительными размерами.
В сплавах могут образовываться фазы трех разных видов: чистый металл (механическая смесь фаз чистых металлов, входящих в сплав), твердый раствор или интерметаллическое соединение. Последние два вида фаз (твердый раствор и интерметаллическое соединение) требуют более подробного описания.
Твердые растворы
Твердый раствор — это смесь элементов на атомном уровне, аналогичная смеси жидкостей, растворимых одна в другой. Существует два типа твердых растворов: твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения.
Твердые растворы замещения
Если атомы растворенного элемента могут непосредственно заместить атомы растворителя в соответствующей ему кристаллической решетке, то в таких случаях образуется твердый раствор этих двух элементов. Образование такого твердого раствора возможно при следующих условиях:
• атомы имеют одинаковую валентность;
• атомы образуют одинаковую кристаллическую структуру (например, КГЦ решетку);
• размеры атомов отличаются друг от друга не более чем на 15%.
Пример такой системы, используемой в стоматологии, является сплав золота и меди (Рис. 1.5.6).
Рис. 1.5.6. Схематичное представление структуры твердого раствора замещения
Добавление любого количества меди в золото во всех случаях приведет к образованию твердого раствора. Таким образом, твердые растворы замещения можно получить во всем диапазоне от 100% золота до 100% меди. Такое возможно потому, что оба этих металла отвечают всем трем приведенным выше условиям.
Другими металлами, способными образовывать с золотом твердые растворы замещения, являются платина (размер атомов = 2,775 А ), палладий (2,750 А ), и серебро (2,888 А), имеющие КГЦ кристаллическую структуру.
Твердые растворы внедрения
Как уже понятно из названия, твердые растворы внедрения образуются в тех случаях, когда атомы растворимого вещества способны проникнуть в пространство между атомами растворителя. Для того чтобы это произошло, атомы растворимого элемента должны быть намного меньше атомов растворителя. Практически диаметр атома растворимого элемента должен составлять менее 60% диаметра атома растворителя. Примером твердого раствора внедрения может служить сталь, содержащая небольшое количество углерода, проникшего в свободные пространства кристаллической решетки железа (Рис. 1.5.7).
Рис. 1.5.7. Схематичное представление структуры твердого раствора внедрения
Пространство для внедрения атомов другого элемента весьма ограниченно, поэтому в результате включения в структуру дополнительных атомов может наблюдаться искажение (искривление) решетки. Другими элементами, способными легко образовывать твердые растворы внедрения, являются водород, азот и бор.
Интерметаллические соединения
Интерметаллическое соединение образуется в том случае, когда два или большее число металлов при смешивании образуют соединение в определенном или стехиометрическом соотношении. Примером металлов, способных образовывать стехиометрические соединения, являются некоторые фазы в сплавах, используемых для изготовления стоматологических амальгам: в сплаве для амальгамы могут содержаться фазы Ag — Sn (Ag3Sn), а также, фазы Си — Sn (Cu6Sng).
Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт
