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».