Что общего у кочерги и пшеницы?

Как вы наверняка знаете, любое вещество состоит из атомов. В соответствии с этой логикой, если мы под микроскопом посмотрим на кусок железяки, то увидим ряды маленьких шариков.

Как бы не так..

Точнее не совсем так.
На уроках физики для упрощения понимания все твердые тела представляются как идеальные кристаллы. Но в реальности они совсем не идеальные.

На самом деле в них полным полно разных дефектов.

Например, если один из атомов решил выпрыгнуть из своего места в кристаллической решетке (узла решетки), то на его месте остаётся пустота, которая в материаловедении называется вакансией.

А тот самый атом – перебежчик не может найти себе место по соседству, которые заняты другими атомами, поэтому ему приходится немного их раздвинуть. Такой атом называется межузельным атомом.

Но что мы мельчим, давайте увеличим масштаб!

В структуре даже при помощи оптического микроскопа (атомы, конечно, не увидишь) можно увидеть такие дефекты как границы зёрен.

Вот и приблизились к пшенице.

Зерном в материаловедении называют маленький кристалл, в котором атомные ряды более-менее напоминают нам идеальное расположение.

Размер зёрен может варьироваться в диапазоне 50 – 1000 нанометров (плюс-минус в зависимости от материала).

На следующем рисунке показана структура кочерги (почему бы и нет) под микроскопом. На нем можно увидеть те самые зерна.

Зерна имеют разную ориентировку атомных слоев, поэтому между ними неизбежно возникает граница (место стыка).

А как же они образуются?

Когда жидкий металл остывает, он начинает затвердевать или кристаллизоваться (как вода в лёд). Однако этот процесс не происходит мгновенно во всем объеме.

Обычно возникают миллионы точек, в которых начинается процесс перехода жидкости в твердое тело. Образуются маленькие кристаллики, которые постепенно растут до тех пор, пока не уткнутся в соседние кристаллики.

В итоге образуется твердое вещество, состоящее из миллионов маленьких зерен.

Чем больше размер зёрен, тем вещество более хрупкое.