Монокристаллы

Подготовила: Синицына Алла 10а
1.
2.
3.
4.
Что такое «монокристаллы»?
Получение монокристаллов
Дефекты монокристаллов
Кристаллизация в невесомости
Что такое
монокристаллы?
Кристаллические тела могут
быть монокристаллическими
и поликристаллическими.
Монокристалл — твёрдое
тело, частицы которого
образуют единую
кристаллическую решётку.
Определённый порядок в
расположении частиц
распространяется на весь
объем монокристалла.
Упорядоченное внутреннее
расположение частиц в
монокристалле приводит к
тому, что и его внешняя
форма является правильной.
Углы между внешними
гранями монокристалла
оказываются постоянными.
К монокристаллам относятся
природные кристаллы
(кварц, алмаз, турмалин),
крупинки соли, сахара, соды.
Однако в природе чаще
встречаются кристаллические
тела, в которых множество
маленьких кристалликов
срослись между собой поликристаллы.
Поликристалл — твёрдое тело,
состоящее из беспорядочно
ориентированных
монокристаллов. Примерами
поликристаллов являются сахар
— рафинад, а также такие
металлические изделия, как
вилки, ложки, колпаки
автомобильных колёс и другие.
По своим свойствам
монокристаллы отличаются от
поликристаллов. Для большинства
монокристаллов характерна
анизотропия, то есть различие
свойств по разным направлениям. У
поликристаллов анизотропия
существует только внутри каждого
кристаллика, но в пределах всего
тела обычно анизотропия не
обнаруживается.
Получение
монокристаллов
В настоящее время
насчитывается около 150
разновидностей методов
получения
монокристаллов из
паровой, жидкой
(расплавов и растворов)
и твердой фаз. Несмотря
на большое
многообразие,
существующие методы
получения
металлических
монокристаллов из
жидкой фазы можно
разделить на четыре
группы.
1. Образование монокристалла из расплава внутри тигля, постепенно
перемещающегося с расплавом из горячей зоны печи через холодную
диафрагму (метод Бриджмена-Стокбаргера,).
2. Кристаллизация путем выведения части расплава из тигля с помощью
затравки (метод Чохральского, и метод Степанова — вытягивание
профилированных монокристаллов из расплава через диафрагму).
3. Зонная плавка, предложенная Пфанном . К зонной плавке близок
метод кристаллизации из металлических расплавов (зонная плавка с
температурным градиентом).
4. Формирование монокристалла наплавлением металла или какого-либо
другого вещества на торцевую поверхность перемещающейся вниз
затравки (метод Вернейля).
Выращивание кристаллов, по
истине увлекательное занятие
и, пожалуй, самое простое,
доступное и дешёвое, а также
максимально безопасное.
Тщательная подготовка и
выполнение эксперимента по
выращиванию кристаллов
оттачивает навыки в умении
аккуратно обращаться с
веществами и правильно
организовывать план своей
работы.
Выращивание
кристаллов
Дефекты
кристаллической
структуры
В природе не существует
идеальных
монокристаллических
структур. Все реальные
монокристаллы
содержат дефекты,
которые подразделяются
на точечные, линейные,
плоскостные и
объёмные.
Точечные:
1. Структурные точечные дефекты
2. Электронные точечные дефекты
Линейные :
К линейным дефектам обычно относятся краевые дислокации – обрыв
ионной плоскости в кристалле и винтовые дислокации - изгиб ионной
плоскости.
Плоскостные :
К плоскостным дефектам относятся: поверхность
монокристалла, границы монокристаллических
сросшихся двойников, границы блоков внутри
монокристалла. Любой тип поверхностного дефекта
приводит к искажению электронных связей между
ионами или их обрыву (на границе поверхность-воздух).
Объёмные :
Точечные, линейные и
плоскостные дефекты часто
являются неизбежным следствием
процесса роста монокристаллов. Их
влияние можно ослабить путем
совершенствования технологии.
Объёмные дефекты: поры, трещины,
инородные макроскопические
включения в структуру совершенно
недопустимы в производстве
материалов для ВОЛС (особенно
стекловолокон). Поэтому
стекловолокна проходят жесткий
контроль на отсутствие
макроскопических дефектов.
В космических лабораториях на советской станции
«Салют-4», на американской «Скайлэб» во время
совместного полета «Союз-Апполон» ставились
опыты по выращиванию кристаллов в условиях
невесомости, недостижимой на Земле чистоты и
глубокого вакуума.
В космосе были выращены
полупроводниковые монокристаллы
селенида германия и теллурида
германия, в 10 раз большие, чем
удалось вырастить в земных условиях,
и значительно более однородные. В
невесомости получены монокристаллы
в форме сплошных и полых сфер,
пригодные, например, для
шарикоподшипников, нитевидные
кристаллы сапфира, отличающиеся
большой прочностью, выдерживающие
давления, в десятки раз превышающие
«земные».