Struktur der Metalle

Im Gegensatz zu den Gittem ionischer Festkorper (Кар. 3.5.3) bestehen Metallgitter aus Atomen gleicher GroBe. Betrachtet man die Metallatome als starre Kugeln zwischen denen ungerichtete Anziehungskrafte wirken, kann der Gitteraufbau wie folgt beschrieben wer – den: In einer ersten Schicht dichtest angeordneter, gleich groBer Kugeln ist jede Kugel von sechs anderen umgeben. Es entstehen Anordnungen von gleichseitigen Dreiecken und Sechsecken.

Werden auf eine solche Schicht weitere Kugeln gebracht, ist die entstehende Packung dann am dichtesten, wenn die Kugeln in die Liicken oder Vertiefimgen der darunter liegenden Schicht zu liegen kommen (Abb. 3.14a).

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Abbildung 3.14 Dichteste Kugelpackungen

a) Die Kugeln der 2. Schicht liegen in den Liicken bzw. Vertiefungen der 1. Schicht (von oben gesehen). b) Die Kugeln der 3. Schicht liegen genau liber denen der 1. Schicht (ABABAB…): hexagonal dichteste Packung. c) Die Kugeln der 3. Schicht liegen Gber den Liicken der 1. Schicht (ABCABC…): kubisch dichteste Packung.

Fur eine dritte Kugelschicht, die in dichtester raumsparender Packung auf die darunter liegende gebracht wird, gibt es zwei Moglichkeiten: Die Kugeln der dritten Schicht liegen genau iiber denen der ersten und es ergibt sich eine Schichtfolge ABABAB… (Abb. 3.14b). In diesem Fall liegt eine hexagonal-dichteste Kugelpackung vor (Magnesiumtyp). Liegen die Kugeln der dritten Schicht tiber den Liicken der ersten (Abb. 3.14c), erhalt man die Schichtfolge ABCABCABC…. Sie entspricht der kubisch-dichtesten Raumpackung. Erst die vierte Schicht liegt genau wieder liber der ersten. Es entsteht eine Struktur mit einer flachenzentrierten kubischen Elementarzelle. Als kleinste Einheit ergibt sich ein Wiirfel, dessen Ecken und Flachenmitten mit Metallatomen besetzt sind.

Einige Metalle bilden keine dichtesten Kugelpackungen. Sie liegen in einer kubisch – raumzentrierten Struktur vor. Wahrend bei den beiden Strukturtypen dichtester Packung jeweils ein Atom 12 Nachbam besitzt (Koordinationszahl = 12), betragt die Koordinations – zahl im letzteren Falle 8. Die Packungsdichte der kubisch-raumzentrierten Struktur ist demnach etwas geringer (68% Raumausfiillung) als die der dichtesten Packungen (74%). Etwa 80% der Metalle kristallisieren in einem dieser drei Gittertypen (Abb. 3.25).

In der kubisch-raumzentrierten Struktur kristallisieren Eisen unterhalb 906°C (a-Eisen) und Chrom, in der kubisch-flachenzentrierten Struktur Eisen oberhalb 906°C (у-Eisen) und die Metalle Al, Cu, Pb, Ni, Ag, Au und Pt. In der hexagonal-dichtesten Struktur (auch: hexa – gonal-innenzentriert) kristallisieren Zn, Mg, Co und Cd.

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Abbildung 3.15 Elementarzellen der wichtigsten Gittertypen der Metalle a) kubisch-flachenzentriert, b) kubisch-raumzentriert, c) hexagonal-innenzentriert