Применительно к металлографии аллотропия – это существование одного вещества в нескольких кристаллических формах (аллотропия формы). Явление аллотропии обусловлено способом размещения атомов или молекул в кристаллической решётке.

 Различные кристаллические формы одного вещества называются аллотропическими модификациями, которые обозначаются греческими буквами: и т.д. Аллотропическая форма, существующая при самой низкой температуре, обозначается  потом следует модификация и т.д.

Явление аллотропии изучено достаточно хорошо. А вот продемонстрировать его не всегда удается. Причина тому – существование аллотропических форм существенно выше или ниже комнатной температуры, когда наличие той или иной формы можно определить только в лабораторных условиях, а зафиксировать структуру – и того реже.
Наиболее известные примеры аллотропных веществ – это железо, углерод, олово.Об аллотропии железа пишут много. Аллотропические формы железа ( α- , - и -) различаются типом кристаллической решетки (рис. 1): объемноцентрированная у α-модификации и гранецентрированная у -модификации. -железо - это высокотемпературная модификация, также имеющая объемноцентрированную кубическую решетку. Для практических целей она существенного значения не имеет, поэтому о ней упоминают редко. Она оказывает определенное влияние на строение некоторых марок литых сталей и их последующую термическую обработку. Потом мы напишем немного и об этом. Строго говоря, выделяют еще  – модификацию. Это немагнитное α – железо, которое существует в интервале 911-768^оС.

Рисунок 1. Кривая охлаждения железа

Поскольку температуры перехода одной аллотропической формы в другую лежат в области высоких температур, понятно, что существование - железа при комнатной температуре возможно с помощью некоторых ухищрений. Фактически, мы видим при комнатной температуре не непосредственно - железо, а твердый раствор легирующих элементов в - железе – аустенит. Почему? Потому что некоторые легирующие элементы снижают температуру существования - железа до комнатной и ниже. В сущности, уже углерод при содержании 0,8% снижает температуру перехода Fe_ Fe_ почти на 200 градусов – с 911^оС до 727^оС. Ну, а если добавлять еще легирующие….. . Дело удается, и мы имеем структуру аустенита при комнатной температуре. Ну, а α-железо существует при комнатной температуре и чтобы увидеть его, дополнительного легирования не надо. В металловедении мы чаще всего имеем дело не с чистым α-железом, а с твердым раствором на его основе- ферритом.
Существование аллотропии железа позволило создать современные технологии термической обработки стали.
Здесь нас интересует структура, присущая разным аллотропическим формам. Структуры α-железа (феррит) и - железа (аустенит) надежно различаются микроскопически (рис. 2). Зерна феррита имеют округлую или полиэдрическую форму (рис.2а), аустенита – угловатую, многоугольную. В аустените, как правило, чаще наблюдаются двойники (рис.2б). Из представленных на рис.2 фотографий видно, что феррит не очень устойчив химически – зерна феррита окрасились при травлении. Аустенит более устойчив. Кстати – нержавеющие стали имеют аустенитную структуру.

а	б

Рисунок 2. Структура феррита (а) и аустенита (б).

Еще большим разнообразием форм обладает углерод. Долгое время считалось, что он обладает двумя аллотропными модификациями, графитом и алмазом, но с середины двадцатого века разнообразие различных модификаций стало стремительно увеличиваться. В шестидесятых годах ХХ века открыт карбин, в 1985 году были открыты различные фуллерены, а не-сколько позже – нанотрубки, нанопена и др. Примерно в это же время были обнаружены фрагменты графита атомарной толщины, которые предложили назвать графеном. Его можно представить в виде атомарного слоя графита. С начала 2000-годов графен стал одним из самых интенсивно ис-следуемых физических объектов. Аллотропия углерода – это также аллотропия формы. В справочной литературе выделяют много аллотропных форм углерода, но здесь приведены только две из них – графит и алмаз. Тем более, что для целей материаловедения это как-то ближе. В особенности графит, который доступен в свободном виде по банальным карандашам, а также алмаз, прекрасный и не всегда доступный… Когда-то предполагали, что углерод в виде алмаза может присутствовать в сталях и чугунах, но не нашли. Придется удовольствоваться графитом.
Кристаллические решетки графита и алмаза различаются существенно. У графита – гексагональная, у алмаза – гранецентрированная кубическая.
Микроскопически графит прекрасно наблюдается в чугуне, особенно без травления на фоне блестящей металлической матрицы, и может принимать различные формы – глобулярную, пластинчатую, хлопьевидную, вермикулярную. Форма графита зависит от состава и способа получения чугуна. Если повезет, то можно увидеть сферокристалл графита (рис. 3, а). Ну, а если не повезет, то «куском» (рис.3, б). В принципе, структура у такого куска будет принципиально такая же, как и у компактного графита различных марок (рис. 4,5) – кристаллы, хаотично ориентированные. Для рассмотрения такого графита в микроскопе также желательно сделать шлиф. В данном случае образцы были пришлифованы на шкурке и стекловолокне.

а	б

Рисунок 3. Графит в высокопрочном чугуне

Рисунок 4. Структура электродного графита.

Рисунок 5. Образцы и структура графита  МПГ-6

Современные технологии позволяют получать графит в различных «ипостасях», например графитовая бумага. (Бумага – потому что состоит из тонких слоев. Но не для письма!)

а
б	в

Рисунок 6. Образец графитовой бумаги (а) и его поверхность при различных увеличениях (б,в).

Существует графитовое (углеродное) волокно (рис. 7,а), которое является армирующим компонентом композиционных материалов (рис.7,б). Металлография позволяет рассмотреть углеродное волокно – армирующий компонент алюминиевого сплава (рис. 8).

а	б

Рисунок 7. Углеродное волокно (а) и разрушенный образец углеалюминия (б).

а	б

Рисунок 8. Углеродное волокно в составе алюминиевого сплава

Другой популярной в описаниях аллотропной формой углерода является алмаз. Под микроскопом грани ювелирного алмаза можно рассмотреть в темном поле (рис. 9). Цвет здесь определяется настройками видеокамеры.

а	б

Рисунок 9. Грани алмаза

Кристаллики алмазного порошка технического назначения можно целиком рассмотреть под микроскопом (рис.10). Поскольку это технические алмазы, красотой они не блещут, но можно рассмотреть грани.

а	б

Рисунок 10. Алмазный порошок: а – светлое поле, б – темное поле; х200.

(этот материал будет продолжен)