Kristalle sind feste Körper mit einer regelmäßigen geometrischen Form. Die Struktur, in der sich geordnete Teilchen befinden, wird als Kristallgitter bezeichnet. Die Orte der Teilchen, in denen sie schwingen, heißen Knoten des Kristallgitters. Alle diese Körper werden in Einkristalle und Polykristalle unterteilt.
Was sind Einkristalle
Einkristalle sind Einkristalle, bei denen das Kristallgitter eine klare Ordnung hat. Oft hat ein Einkristall eine regelmäßige Form, aber dieses Merkmal ist bei der Bestimmung des Kristalltyps nicht zwingend erforderlich. Die meisten Mineralien sind Einkristalle.
Die äußere Form hängt von der Wachstumsgeschwindigkeit der Substanz ab. Bei einem langsamen Anstieg und der Homogenität des Materials haben die Kristalle den richtigen Schliff. Bei mittlerer Geschwindigkeit ist der Schnitt nicht ausgeprägt. Bei hoher Kristallisationsgeschwindigkeit wachsen Polykristalle, die aus vielen Einkristallen bestehen.
Klassische Beispiele für Einkristalle sind Diamant, Quarz,Topas. In der Elektronik sind Einkristalle, die die Eigenschaften von Halbleitern und Dielektrika besitzen, von besonderer Bedeutung. Legierungen von Einkristallen zeichnen sich durch erhöhte Härte aus. Hochreine Einkristalle haben unabhängig von der Herkunft die gleichen Eigenschaften. Die chemische Zusammensetzung von Mineralien hängt von der Wachstumsgeschwindigkeit ab. Je langsamer der Kristall wächst, desto perfekter ist seine Zusammensetzung.
Polykristalle
Einkristalle und Polykristalle zeichnen sich durch eine hohe molekulare Wechselwirkung aus. Ein Polykristall besteht aus vielen Einzelkristallen und hat eine unregelmäßige Form. Sie werden manchmal Kristallite genannt. Sie entstehen durch natürliches Wachstum oder werden künstlich gezüchtet. Polykristalle können Legierungen, Metalle, Keramiken sein. Die Hauptmerkmale bestehen aus den Eigenschaften von Einkristallen, aber Korngrößen, der Abstand zwischen ihnen und Korngrenzen sind von großer Bedeutung. In Gegenwart von Grenzen ändern sich die physikalischen Eigenschaften von Polykristallen erheblich, die Festigkeit nimmt ab.
Polykristalle entstehen durch Kristallisation, Veränderungen in kristallinen Pulvern. Diese Mineralien sind weniger stabil als Einkristalle, was zu einem ungleichmäßigen Wachstum einzelner Körner führt.
Polymorphismus
Einkristalle sind Substanzen, die gleichzeitig in zwei Zuständen existieren können, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Dieses Merkmal wird Polymorphismus genannt.
Gleichzeitig kann eine Substanz in einem Zustand stabiler sein als in einem anderen. Wenn sich die Umgebungsbedingungen ändern, kann die Situationändern.
Polymorphismus hat folgende Typen:
- Rekonstruktion - Atome und Moleküle zerfallen.
- Verformung - die Struktur wird verändert. Kompression oder Dehnung tritt auf.
- Shift - einige Elemente der Struktur ändern ihre Position.
Kristalleigenschaften können sich mit einer plötzlichen Änderung der Zusammensetzung ändern. Das klassische Beispiel für Polymorphismus ist die Kohlenstoffmodifikation. In einem Zustand ist es Diamant, in einem anderen Graphit, Substanzen mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Einige Formen von Kohlenhydraten verwandeln sich beim Erhitzen in Graphit. Eigenschaftsänderungen können ohne Verformung des Kristallgitters auftreten. Beim Eisen führt die Substitution einiger Komponenten zum Verschwinden der magnetischen Eigenschaften.
Kristallstärke
Jedes Material, das in der modernen Technologie verwendet wird, hat eine Endfestigkeit. Eine Legierung aus Nickel, Chrom und Eisen hat die größte Festigkeit. Die Erhöhung der Festigkeit von Metallen wird die militärische und zivile Ausrüstung verbessern. Eine erhöhte Verschleißfestigkeit führt zu einer längeren Lebensdauer. Aus diesem Grund untersuchen Wissenschaftler seit langem die Festigkeit von Einkristallen.
Reine Einkristalle sind Kristalle mit einem idealen Kristallgitter, die eine geringe Anzahl von Defekten enth alten. Mit abnehmender Anzahl von Defekten steigt die Festigkeit von Metallen um ein Vielfaches. Gleichzeitig bleibt die Dichte des Metalls nahezu gleich.
Einkristalle mit idealem Gitter sind bis zum Schmelzpunkt widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung. Nicht mit ändernZeit. Meistens haben solche Einkristalle eine Nullversetzung. Dies ist jedoch eine optionale Bedingung. Die Festigkeit erklärt sich aus der Tatsache, dass Mikrorisse an Stellen gebildet werden, an denen die meisten Versetzungen vorhanden sind. Und in ihrer Abwesenheit können nirgendwo Risse entstehen. Das bedeutet, dass der Einkristall so lange hält, bis die Schwelle seiner Festigkeit überschritten wird.
Künstliche Einkristalle
Die Züchtung von Einkristallen ist auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft möglich. Wenn Sie Metall verarbeiten, können Sie, ohne seine Zusammensetzung zu ändern, einen Einkristall mit einem hohen Sicherheitsspielraum herstellen.
Es gibt 2 bekannte Verfahren zur Herstellung von Einkristallen:
- Superhochdruck- und Metallguss;
- kryogener Druck.
Die erste Methode ist beliebt bei der Verarbeitung von Leichtmetallen. Angesichts der Reinheit des Metalls und des zunehmenden Drucks entsteht allmählich ein neues Metall mit denselben Eigenschaften, jedoch mit erhöhter Festigkeit. Unter bestimmten Bedingungen ist es möglich, einen Einkristall mit einem idealen Gitter zu erh alten. Bei Vorhandensein von Verunreinigungen besteht die Möglichkeit, dass das Kristallgitter nicht ideal ist.
Bei Schwermetallen tritt mit zunehmendem Druck der Prozess der Strukturänderung ein. Der Einkristall ist noch nicht herausgekommen, aber die Substanz hat ihre Eigenschaften verändert.
Cryogenic Casting basiert auf der Herstellung von kryogenen Flüssigkeiten. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes findet keine Kristallisation statt. Die halbkristalline Form wird nach elektrischer Aufladung zu einem Kristall.
Diamantund Quarz
Die Eigenschaften von Diamant beruhen darauf, dass es sich um einen Stoff mit einem atomaren Kristallgitter handelt. Die Bindung zwischen Atomen bestimmt die Stärke eines Diamanten. Unter konstanten Bedingungen verändert sich der Diamant nicht. Wenn es einem Vakuum ausgesetzt wird, verwandelt es sich allmählich in Graphit.
Kristallgrößen variieren erheblich. Synthetisch gewachsene Diamanten haben Würfelflächen und sehen anders aus als ihre Gegenstücke. Die Eigenschaften von Diamant werden zum Schneiden von Glas genutzt.
Quarzkristalle sind überall zu finden. Das Mineral ist eines der häufigsten. Quarz ist normalerweise farblos. Wenn der Stein viele Risse hat, ist er weiß. Wenn andere Verunreinigungen hinzugefügt werden, ändert es die Farbe.
Quarzkristalle werden in der Glasherstellung, zur Erzeugung von Ultraschall, in Elektro-, Radio- und Fernsehgeräten verwendet. Einige Sorten werden in Schmuck verwendet.
Struktur von Einkristallen
Metalle im festen Zustand haben eine kristalline Struktur. Die Struktur von Einkristallen ist eine endlose Reihe alternierender Atome. In Wirklichkeit kann die Anordnung von Atomen durch thermische Effekte, mechanische oder aus einer Reihe anderer Gründe gestört werden.
Kristallgitter gibt es in 3 Arten:
- Wolframtyp;
- Kupfertyp;
- Magnesiumtyp.
Bewerbung
Künstliche Einkristalle sind eine Möglichkeit, Materialien mit neuen Eigenschaften zu erh alten. Das Anwendungsgebiet von Einkristallen ist sehr groß. Quarz und Spat wurden von der Natur geschaffen, während Natriumfluorid künstlich gezüchtet wurde.
Monokristalle sindMaterialien in Optik und Elektronik. Quarz und Glimmer werden in der Optik verwendet, sind aber teuer. Unter künstlichen Bedingungen können Sie einen Einkristall züchten, der sich durch Reinheit und Stärke auszeichnet.
Diamant wird dort eingesetzt, wo hohe Festigkeit erforderlich ist. Aber es wird erfolgreich unter künstlichen Bedingungen synthetisiert. Dreidimensionale Einkristalle werden aus Schmelzen gezüchtet.
