A kristályok szilárd testek, szabályos geometriai alakzattal. Azt a szerkezetet, amelyben a rendezett részecskék elhelyezkednek, kristályrácsnak nevezzük. A részecskék elhelyezkedési pontjait, amelyekben oszcillálnak, a kristályrács csomópontjainak nevezzük. Mindezek a testek monokristályokra és polikristályokra oszlanak.
Mik azok az egykristályok
Az egykristályok olyan egykristályok, amelyekben a kristályrácsnak egyértelmű sorrendje van. Az egykristálynak gyakran szabályos alakja van, de ez a tulajdonság nem kötelező a kristály típusának meghatározásakor. A legtöbb ásvány egykristály.
A külső forma az anyag növekedési ütemétől függ. Lassú növekedéssel és az anyag homogenitásával a kristályok megfelelő vágást kapnak. Közepes sebességnél a vágás nem kifejezett. Nagy kristályosodási sebesség mellett sok egykristályból álló polikristályok nőnek.
Az egykristályok klasszikus példái a gyémánt, a kvarc,topáz. Az elektronikában különösen fontosak az egykristályok, amelyek a félvezetők és a dielektrikumok tulajdonságaival rendelkeznek. Az egykristályok ötvözeteit fokozott keménység jellemzi. Az ultratiszta egykristályok származásuktól függetlenül ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ásványi anyagok kémiai összetétele a növekedési ütemtől függ. Minél lassabban nő a kristály, annál tökéletesebb az összetétele.
Polikristályok
Az egykristályokat és polikristályokat nagy molekuláris kölcsönhatás jellemzi. A polikristály sok egykristályból áll, és szabálytalan alakú. Néha krisztallitoknak nevezik őket. Természetes növekedés eredményeként jelennek meg, vagy mesterségesen termesztik. A polikristályok lehetnek ötvözetek, fémek, kerámiák. A fő jellemzőket az egykristályok tulajdonságai adják, de nagy jelentősége van a szemcseméreteknek, a köztük lévő távolságnak és a szemcsehatároknak. Határvonalak jelenlétében a polikristályok fizikai jellemzői jelentősen megváltoznak, a szilárdság csökken.
A polikristályok a kristályosodás, a kristályos porok változása következtében keletkeznek. Ezek az ásványok kevésbé stabilak, mint az egykristályok, ami az egyes szemcsék egyenetlen növekedését eredményezi.
Polimorfizmus
Az egykristályok olyan anyagok, amelyek egyszerre két halmazállapotban létezhetnek, amelyek fizikai tulajdonságaikban különböznek egymástól. Ezt a tulajdonságot polimorfizmusnak nevezik.
Ugyanakkor egy anyag az egyik állapotában stabilabb lehet, mint a másikban. Amikor a környezeti feltételek megváltoznak, a helyzet előfordulhatváltoztass.
A polimorfizmus a következő típusú:
- Rekonstrukció – az atomok és molekulák bomlása következik be.
- Deformáció - a szerkezet módosul. Kompresszió vagy nyújtás lép fel.
- Shift - a szerkezet egyes elemei megváltoztatják a helyét.
A kristályok tulajdonságai megváltozhatnak az összetétel hirtelen megváltozásával. A polimorfizmus klasszikus példája a szénmódosítás. Az egyik állapotban gyémánt, a másikban grafit, különböző tulajdonságú anyagok.
A szénhidrátok egyes formái hevítés hatására grafittá alakulnak. A tulajdonságok változása a kristályrács deformációja nélkül is bekövetkezhet. A vas esetében egyes komponensek helyettesítése a mágneses tulajdonságok eltűnéséhez vezet.
Kristályerősség
A modern technológiában használt minden anyagnak megvan a végső szilárdsága. A nikkel, króm és vas ötvözete a legnagyobb szilárdságú. A fémek szilárdságának növelése javítja a katonai és polgári felszerelést. A megnövekedett kopásállóság hosszabb élettartamot eredményez. Emiatt a tudósok már régóta tanulmányozzák az egykristályok erősségét.
A tiszta egykristályok ideális kristályrácsú kristályok, amelyek kis számú hibát tartalmaznak. A hibák számának csökkenésével a fémek szilárdsága többszörösére nő. Ugyanakkor a fém sűrűsége közel azonos marad.
Az ideális rácsos egykristályok olvadáspontig ellenállnak a mechanikai igénybevételnek. Ne változtassa megidő. Az ilyen egykristályok leggyakrabban nulla diszlokációval rendelkeznek. De ez opcionális feltétel. Az erőt az a tény magyarázza, hogy mikrorepedések képződnek olyan helyeken, ahol a legtöbb diszlokáció van. És ezek hiányában nincs hol repedések megjelenni. Ez azt jelenti, hogy az egykristály mindaddig kitart, amíg át nem lépi erőssége küszöbét.
Mesterséges egykristályok
Az egykristályok termesztése lehetséges a tudomány jelenlegi szintjén. Fémfeldolgozás során anélkül, hogy megváltoztatná az összetételét, olyan egykristályt hozhat létre, amelynek nagy a biztonsági határa.
Két módszer ismert az egykristályok előállítására:
- szuper nagynyomású és fémöntvény;
- kriogénnyomás.
Az első módszer a könnyűfémek megmunkálásakor népszerű. Tekintettel a fém tisztaságára és a növekvő nyomásra, fokozatosan megjelenik egy új fém, amely ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik, de megnövekedett szilárdsággal. Bizonyos feltételek mellett lehetőség van egy ideális rácsos egykristály előállítására. Szennyeződések jelenlétében fennáll annak a lehetősége, hogy a kristályrács nem lesz ideális.
A nehézfémekben a nyomás növekedésével a szerkezet megváltozik. Az egykristály még nem derült ki, de az anyag tulajdonságai megváltoztak.
A kriogén öntés kriogén folyadékok előállításán alapul. A kristályosodás nem megy végbe mágneses tér hatására. A félig kristályos forma elektromos töltés után kristály lesz.
Gyémántés kvarc
A gyémánt tulajdonságai azon a tényen alapulnak, hogy atomi kristályrácsos anyag. Az atomok közötti kötés határozza meg a gyémánt erősségét. Állandó körülmények között a gyémánt nem változik. Vákuum hatására fokozatosan grafittá alakul.
A kristályok mérete jelentősen eltér. A szintetikusan termesztett gyémántok kockalappal rendelkeznek, és másképp néznek ki, mint társaik. A gyémánt tulajdonságait üvegvágásra használják.
Kvarckristályok mindenhol megtalálhatók. Az ásvány az egyik leggyakoribb. A kvarc általában színtelen. Ha sok repedés van a kő belsejében, akkor fehér. Más szennyeződések hozzáadásakor megváltozik a színe.
A kvarckristályokat üveggyártásban, ultrahang létrehozásában, elektromos, rádiós és televíziós berendezésekben használják. Egyes fajtákat ékszerekben használnak.
Az egykristályok szerkezete
A szilárd állapotban lévő fémek kristályos szerkezetűek. Az egykristályok szerkezete váltakozó atomok végtelen sorozata. A valóságban az atomok sorrendje hőhatások, mechanikai vagy számos egyéb ok miatt megzavarható.
A kristályrácsok 3 típusban találhatók:
- volfram típusú;
- réz típusú;
- magnézium típusú.
Alkalmazás
A mesterséges egykristályok lehetőséget kínálnak új tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállítására. Az egykristályok alkalmazási területe nagyon nagy. A kvarcot és a sparkot a természet hozta létre, míg a nátrium-fluoridot mesterségesen termesztették.
A monokristályok azokoptikában és elektronikában használt anyagok. A kvarcot és a csillámot az optikában használják, de ezek drágák. Mesterséges körülmények között egy kristályt növeszthet, amely tisztaságával és szilárdságával fog megkülönböztetni.
A gyémántot ott használják, ahol nagy szilárdságra van szükség. De sikeresen szintetizálják mesterséges körülmények között. A háromdimenziós egykristályokat olvadékokból növesztik.
