การทดลองเรื่อง Space Lattice

สเปชแลททิช

(Space lattice)

โลหะส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิห้องและความดันปกติจะมีลักษณะโครงสร้างอยู่ใน สเปชแลททิชเพียง 3 แบบเท่านั้น คือ
1. Body Centered Cubic (BCC)
2. Face Centered Cubic (FCC)
3. Hexagonal Close – packed (HCP หรือ CPH)

รูปแสดงแลททิสลูกบาศก์แบบง่าย ๆ จะกลายเป็นโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์แบบง่าย ๆ เช่นกัน เมื่ออะตอมเคลื่อนที่เชื่อมโยงกันในแต่ละจุดแลททิส
(William F.smith,หน้า78)

1. Body Centered Centered Cubic (BCC)

ลักษณะดครงสร้างของหน่วยเซลล์ ประกอบด้วยอะตอม 1 อะตอม อยู่ตรงศูนย์กลางของหน่วยเซลล์ และแต่ละอะตอมรวมกัน 8 อะตอม อยู่ตรงมุมของหน่วยเซลล์ในลักษณะที่ทั้ง 8 อะตอมดังกล่าวจะถูกใช้ร่วมกับหน่วยเซลล์อื่น ๆ ในระบบโครงสร้างโดยรวม โครงสร้างแบบ BCC จะมีพันธะการเกิดแรง โดยรวมเท่ากับ 2 อะตอม

รูปแสดงลักษณะโครงสร้างหน่วยเซลล์แบบ BCC
a) แสดงหน่วยเซลล์ในลักษณะของแข็งทรงกลม
b) แสดงการเกิดหน่วยเซลล์
c) แสดงการเรียงตัวของอะตอมจำนวนมาก
(William D.Callister Jr,หน้า 33)

รูป แสดงหน่วยเซลล์แบบ BCC
a)แสดงตำแหน่งอะตอม
b)หน่วยเซลล์ในลักษณะทรงกลมของแข็ง
c)แสดงการแยกส่วนในหน่วยเซลล์

โครงสร้าง Body Centered Cubic (BCC)
พันธะการยึดเหนียว : BCC = 2 อะตอม
การคำนวณหาอะตอมใน 1 หน่วยเซลล์แบบ BCC จะเป็นดังนี้
ตัวอย่างชนิดของโลหะที่มีโครงสร้างแบบ BCC เช่น เหล็ก แอลฟา (Y – Fe) ที่อุณหภูมิห้อง วานาเดียม (V) โครเมี่ยม ( Cr )โมลิบดินั่ม (Mo) และทังสแตน (W)

2. Face Centered Cubic (FCC)

ลักษณะโครงสร้างของหน่วยเซลล์จะประกอบด้วยอะตอม อยู่ตรงมุมของหน่วนเซลล์ในลักษณะที่ใช้ร่วมกับหน่วยเซลล์อื่น และอีก 6 อะตอม จะอยู่กึ่งกลางของผิวทั้งหกด้านของหน่วยเซลล์ ในลักษณะที่จะร่วมใช้กับอีก 1 หน่วยเซลล์ที่วางอยู่ติดกัน ในโครงสร้างแบบ FCC จะมีพันธะการเกิดแรงโดยรวมเท่ากับ 4 อะตอม

รูปแสดงลักษณะโครงสร้างหน่วยเซลล์แบบ FCC
a) แสดงหน่วยเซลล์ในลักษณะของแข็งทรงกลม
b) แสดงการเกิดหน่วยเซลล์
c) แสดงการเรียงตัวของอะตอมจำนวนมาก

รูปแสดงหน่วยเซลล์แบบ FCC
a) ตำแหน่งอะตอม
b) หน่วยเซลล์ในลักษณะทรงกลมของแข็ง
c) แสดงการแยกส่วนในหน่วยเซลล์

โครงสร้าง Face Centered Cubic (FCC)
พันธะการยึดเหนี่ยว : FCC = 4 อะตอม
ตัวอย่างชนิดของโลหะที่มีโครงสร้างแบบ FCC เช่น เหล็กแกมม่า (Y – Iron)ในช่วงอุณหภูมิ 912 – 1,394 องศาเซลเซียส อะลูมีเนียม (A1) นิเกิล (Ni) ทองแดง (Cu) เงิน (Ag) ทองคำขาว (Pt) และทอง (Au)

3. Hexagonal Close – Packed (HCP หรือ CPH)

ถึงแม้โลหะโดยทั่วไปจะมีระบบโครงสร้างหน่วยเซลล์เป็นแบบ Cubic ก็ตาม แต่ก็ยังมีโลหะที่ใช้งานโดยทั่วไปที่มีโครงสร้างผลึกในลักษณะที่รวมหน่วยเซลล์ เป็นแบบหกเหลี่ยม (Hexagonal) ลักษณะโครงสร้างผลึกในรูปแบบของ HCP ระนาบด้านบนและด้านล่างจะประกอบด้วย อะตอมตรงมุมเหลี่ยมด้านละ 6 อะตอม รวม 12 อะตอม อีก 2 อะตอม จะอยู่กึ่งกลางของระนาบด้านบนและด้านล่าง และจะมีอีก 3 อะตอมอยู่ระหว่างระนาบด้านบนและด้านล่างในลักษณะระนาบ 3 เหลี่ยม ในโครงสร้างผลึกแบบ HCP จะมีพันธะการเกิดแรงยึดเหนี่ยวเท่ากับ 6 อะตอม

รูปแสดงลักษณะโครงสร้างผลึกแบบ HCP
a) แสดงลักษณะรูปทรงของหน่วยเซลล์ a และ c แสดงความสั้นและความยาวของรูปผลึก
b) แสดงการเรียงตัวของอะตอมจำนวนมาก

รูป แสดงลักษณะโครงสร้าง HCP

รูป แสดงหน่วยเซลล์แบบ HCP
a) ตำแหน่งอะตอม
b) หน่วยเซลล์ในลักษณะ ทรงกลมของแข็ง
c) แสดงการแยกส่วนในหน่วยเซลล์

โครงสร้าง Hexagonal Close – Packed (HCP)
พันธะการยึดเหนี่ยว HPC = 6 อะตอม
การคำนวณหาพลังอะตอม (Atomic Force)ในระบบผลึกแบบ HCP จะเป็นดังนี้
ระนาบบนและระนาบล่าง จะมีระนาบละ 6 ตะตอม ในสภาพที่ต้องใช้ร่วมกับผลึกอื่น ๆ ระนาบละ 6 ผลึก
ตัวอย่างชนิดโลหะที่มีโครงสร้างผลึกแบบ HCP เช่น เบอริเลียม (Be) แมกนีเซียม (Mg) ไตตาเนียม (Ti)สังกะสี(Zn) และเซอร์โคเนียม (Zr)
ในโครงสร้างแบบ BCC FCC และ HCP เหล่านี้ อาจมีการเปลี่ยนแปลงตัวเองได้ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง การที่โลหะหนึ่งโลหะใดรวมกับโลหะอื่นนั้นย่อมเป็นไปได้ ทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของอะตอมและอุณหภูมิเป็นสำคัญ ถ้าอะตอมมีขนาดใกล้เคียงกันและมีโครงสร้างผลึกแบบเดียวกันอาจรวมกันได้ โลหะผสมที่เกิดขึ้นใหม่อาจมีโครงสร้างผลึกเหมือนเดิม หรือผิดไปจากเดิมก็ได้ แต่ถ้าอะตอมมีขนาดแตกต่างกันมากและมีโครงสร้างผลึกเป็นคนละแบบ เป็นการยากที่รวมกันได้
โลหะที่มีโครงสร้างแบบ (BCC Body Centered Cubic) เป็นโลหะที่กำลังวัสดุค่อนข้างแข็งแรง มีค่าดัชนีความแข็งสูง สามารถรับแรงดึงได้ดี แต่จะไม่สามารถตีเป็นแผ่นหรือดึงเป็นเส้นไม่ได้ เช่น โซเดียม โครเมียม วานาเดียม และเหล็กแอลฟา เป็นต้น
โลหะที่มีโครงสร้างแบบ (BCC Body Centered Cubic) เป็นโลหะที่มีเนื้อค่อนข้างอ่อนและมีความเหนียวมากกว่าแบบ BCC สามารถตีเป็นแผ่นหรือยืดเป็นเส้นได้ง่ายกว่า ตัวอย่างโลหะ เช่นอะลูมิเนียม นิเกิล ทองแดง ทอง ตะกั่ว และเหล็กแกมม่า
ส่วนโลหะที่มีโครงสร้างแบบ HCP (Hexagonal Close – Packed) เมื่อนำมาตีเป็นแผ่นหรือยืดเป็นเส้นจะได้ความแข็งมากขึ้น เช่น สังกะสี แคดเมียม แมกนีเซียม เบอลิเนียม เป็นต้น