Что такое поликристалл материаловедение

Поликристаллическое (зернистое) строение материалов

Кристаллический материал может представлять собой единый, относительно крупный кристалл, который принято называть монокристаллом, а может состоять из множества мелких кристалликов, образующих некоторую целостность. Подобное строение материалов называют поликристаллическим или зёрнистым.

Поликристаллическое, т.е. зернистое строение наблюдается, в частности, у металлов и сплавов, затвердевших в обычных условиях. Каждое отдельное зерно поликристаллического металла или сплава является микроскопическим кристалликом неправильной формы. Размер зёрен колеблется в пределах от десятых долей микрона до нескольких миллиметров. Зёрна отделены друг от друга поверхностью раздела или границей, представляющей собой переходной слой, толщиной порядка 5-10 межатомных расстояний. На протяжении границы кристаллическая структура одного зерна плавно переходит в кристаллическую структуру соседнего зерна. Порядок расположения атомов на границах зёрен сильно нарушен. Угол разориентации кристаллических решёток в соседних зёрнах (угол α) является произвольным (рис 2.). Другими словами, зёрна случайным образом ориентированы в пространстве.

α— угол разориентации кристаллических решёток

в соседних зёрнах.

Рис. 2. Ориентация кристаллических решёток в соседних зёрнах.

Сами зёрна состоят из фрагментов, которые в свою очередь делятся на блоки. Угол разориентации кристаллических решёток в соседних фрагментах не превышает 5º, а для соседних блоков составляет величину от нескольких минут до нескольких секунд.

Причиной зернистого строения металлов и сплавов является то, что они кристаллизуются сразу из нескольких центров. В начальный момент затвердевания в жидком расплаве появляются зародыши кристаллов, которые начинают расти. В следующий момент времени появляется очередная порция зародышей, которые также растут. И так до тех пор, пока весь материал не закристаллизуется. На заключительном этапе кристаллизации соседние кристаллики приходят в соприкосновение и мешают друг другу расти. Поэтому они приобретают неправильную форму – форму зёрен.

Если в процессе кристаллизации создавать специальные условия, когда подавляются все зародыши кроме одного или нескольких, удаётся вырастить относительно крупный монокристалл металла или сплава, который приобретает правильную форму. В противном случае формируется поликристаллическая структура материала.

Наблюдать зернистую структуру металлических материалов можно только в микроскоп при большом увеличении на специально подготовленных образцах. Эту, наблюдаемую в микроскоп зернистую структуру материалов, называют микроструктурой.

Поскольку металлы и сплавы являются непрозрачными материалами, то для изучения их микроструктуры необходим специальный металлографический микроскоп, работающий по принципу отражения световых лучей от доведённой до зеркального блеска, полированной поверхности образца. Для выявления зёрен полированную поверхность образца подвергают травлению, т.е. обрабатывают различными реактивами, в частности, кислотами. Кислота в первую очередь разъедает границы зёрен и на их месте появляются углубления, которые не отражают, а рассеивают свет, падающий на поверхность образца. В результате границы зёрен становятся видимыми и обнаруживаются под микроскопом в виде тёмных полосок. Образец металлического материала, специально подготовленный для изучения его микроструктуры, называют микрошлифом.

Источник

Физика. 10 класс

§ 7. Строение и свойства твёрдых тел

В повседневной жизни мы считаем твёрдым любое тело, сохраняющее форму и объём в отсутствие внешних воздействий, например, тела, изготовленные из металлов, пластмассы, льда, стекла. Твёрдые тела делят на две группы, различающиеся по своим свойствам: кристаллические и аморфные. Чем же отличаются кристаллические твёрдые тела от аморфных?

Кристаллы. К кристаллическим телам относят минералы, например поваренную соль, медный купорос, кварц, квасцы (рис. 40), горный хрусталь и металлы в твёрдом состоянии.

Кристаллы — твёрдые тела, атомы, ионы или молекулы которых совершают тепловые колебания около определённых, упорядоченных в пространстве положений равновесия.

Упорядоченное размещение частиц твёрдого кристаллического тела обусловливает его правильную геометрическую форму, вследствие чего поверхность кристалла образована плоскими гранями (рис. 41).

Частицы кристалла удерживаются на определённом усреднённом расстоянии друг от друга (∼ 0,1 нм) силами межатомного и межмолекулярного взаимодействий. Несмотря на тепловые колебания, они образуют упорядоченную пространственную структуру. Геометрическим образом этой структуры является кристаллическая решётка. Узлы кристаллической решётки — положения устойчивого равновесия колеблющихся частиц (ионов, атомов или молекул), образующих кристалл.

Основой строения кристалла служит так называемая элементарная кристаллическая ячейка — многогранник наименьших размеров, последовательным переносом без изменения ориентации которого вместе с частицами, находящимися внутри этого многогранника, можно построить весь кристалл.

На рисунках 42 представлены самые простые элементарные ячейки: кубические (а — примитивная, б — объёмно-центрированная, в — гранецентрированная) и гексагональная призма (г).

В кристаллических телах упорядоченное размещение частиц повторяется во всём объёме кристалла, поэтому говорят, что в кристалле существует дальний порядок в расположении частиц.

Интересно знать

Чтобы понять, почему в кристаллических телах упорядоченное размещение частиц, проделаем опыт. Насыплем на вогнутое стекло одинаковые маленькие шарики (рис. 43, а) и слегка встряхнём их несколько раз. Можно увидеть, что шарики разместятся в строгом порядке (рис. 43, б). Шарики располагаются на стекле в самом низком из возможных положений, что соответствует минимуму их потенциальной энергии в гравитационном поле Земли.

Кристаллическая структура также связана с минимумом потенциальной энергии, т. е. при образовании кристаллов частицы самопроизвольно располагаются так, чтобы потенциальная энергия их взаимодействия была минимальной.

Источник

Поликристалл

Полезное

Смотреть что такое «Поликристалл» в других словарях:

поликристалл — поликристалл … Орфографический словарь-справочник

ПОЛИКРИСТАЛЛ — агрегат мелких монокристаллов разл. ориентации (крист. зёрен). Большинство тв. тел (минералы, металлы, сплавы, керамики и др.) имеют поликрист. строение. Св ва П. обусловлены ср. размером зёрен (от 1 2•10 6 м до неск. мм), их ориентацией и… … Физическая энциклопедия

поликристалл — сущ., кол во синонимов: 1 • кристалл (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Поликристалл — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Поликристалл — [polycrystal] агрегат мелких кристаллов какого либо вещества, иногда называемых из за неправильной, формы кристаллитами или кристаллическими зернами. Многие материалы естественного и искусственного происхождения (минералы, металлы, сплавы,… … Энциклопедический словарь по металлургии

поликристалл — polikristalas statusas T sritis chemija apibrėžtis Kristalinis kūnas, susidedantis iš daugelio netvarkingai išsidėsčiusių kristalų. atitikmenys: angl. polycrystal rus. поликристалл … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

поликристалл — polikristalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. polycrystal vok. Polykristall, m rus. поликристалл, m pranc. polycristal, m … Fizikos terminų žodynas

ПОЛИКРИСТАЛЛ — твёрдое тело, состоящее из множества мелких кристаллитов (зёрен), чаще всего не имеющих правильной кристаллич. огранки. Кристаллич. решётки соседних зёрен обычно разориентированы на углы, измеряемые градусами и десятками градусов. П. являются… … Большой энциклопедический политехнический словарь

поликристалл — поликрист алл, а … Русский орфографический словарь

поликристалл — (2 м); мн. поликриста/ллы, Р. поликриста/ллов … Орфографический словарь русского языка

Источник

Монокристаллы и поликристаллы

Понятия, отличия и сферы применения монокристаллов и поликристаллов, условия образования поликристаллического тела в обычных условиях. Процессы, управляющие ростом кристаллов, способы выращивания и их характеристика. Рост кристаллов поваренной соли.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБОУ СПО «Курский монтажный техникум»

«Монокристаллы и поликристаллы»

Киселёв Александр Сергеевич

1. Теория кристаллов

2. Выращивание кристаллов

3. Исследования зависимости роста кристалла от температуры

Многие монокристаллы и поликристаллы широко применяются в кристаллографии, кристаллооптике, радиотехнике, в запоминающих устройствах, для измерения слабых температур, в технике управления световыми лучами, в обработке материалов, в бурении, в часах, в точных приборах

Кристаллическую структуру имеют металлы. Если взять сравнительно большой кусок металла, то на первый взгляд его кристаллическое строение никак не проявляется ни во внешнем виде куска, ни в его физических свойствах. Металлы в обычном состоянии не обнаруживают анизотропии.

Дело здесь в том, что обычно металл состоит из огромного количества сросшихся друг с другом маленьких кристалликов. Свойства каждого кристаллика зависят от направления, но кристаллики ориентированы по отношению друг к другу беспорядочно. В результате в объеме, значительно превышающем объем отдельных кристалликов, все направления внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.

Твердое тело, состоящее из большого числа одиночных кристалликов, называют поликристаллическим. Одиночные кристаллы называют монокристаллами.

В обычных условиях поликристаллическое тело образуется в результате того, что начавшийся рост многих кристаллов продолжается до тех пор, пока они не приходят в соприкосновение друг с другом, образуя единое тело-поликристалл.

Поликристалл отличается от монокристалла тем, что состоит из множества разно ориентированных мелких монокристаллов. Свойства поликристалла обусловлены свойствами, состоянием его кристаллических зерен, их среднего размера, строением меж зеренных границ.

Если размеры зерен малы, а сами зерна ориентированы хаотически, то в поликристалл не проявляет анизотропию. Если в поликристалле есть преимущественно кристаллографическая ориентировка зерен, то он обладает анизотропическими свойствами.

Свойства и получение

Свойства поликристаллов обусловлены свойствами составляющих его кристаллических зёрен, их средним размером, который колеблется от 1—2 мкм до нескольких мм(в некоторых случаях до нескольких метров), кристаллографической ориентацией зёрен и строением межзёренных границ. Если зёрна ориентированы хаотически, а их размеры малы по сравнению с размером поликристалла, то в поликристалле не проявляется анизотропия физических свойств, характерная для монокристаллов. Если в поликристалле есть преимущественная кристаллографическая ориентация зёрен, то поликристалл является текстурированным и, в этом случае, обладаетанизотропией свойств. Наличие границ зёрен существенно сказывается на физических, особенно механических, свойствах поликристаллов, так как на границах происходит рассеяние электронов проводимости, фононов, торможение дислокаций и др.

Поликристаллы образуются при кристаллизации, полиморфных превращениях и в результате спекания кристаллических порошков. Поликристалл менее стабилен, чем монокристалл, поэтому при длительном отжиге поликристалла происходит рекристаллизация (преимущественный рост отдельных зёрен за счёт других), приводящая к образованию крупных кристаллических блоков.

Чтобы вырастить кристалл, полезно знать, какие процессы управляют его ростом; почему разные вещества дают кристаллы различной формы, а некоторые вовсе не образуют кристаллов; что надо сделать, чтобы кристаллы получились большими и красивыми.

1. Охлаждение насыщенного раствора.

С понижением температуры растворимость большинства веществ уменьшается, и они, как говорят, выпадают в осадок. Сначала в растворе и на стенках сосуда появляются крошечные кристаллы-зародыши. Когда охлаждение медленное, а в растворе нет твёрдых примесей (скажем, пыли), зародышей образуется немного, и постепенно они превращаются в красивые кристаллы правильной формы. При быстром охлаждении центров кристаллизации возникает много, сам процесс идёт активнее и правильных кристаллов при этом не получится.

2. Постепенное удаление воды из насыщенного раствора

3. Быстрое удаление воды из насыщенного раствора

В этом случае кристаллы получаются правильной формы, с острыми гранями, но мелкими (раствор находился в широком сосуде рядом с нагревателем).

Выращивание кристаллов поваренной соли

Этот процесс не требует наличия каких-то особых химических препаратов. Кристаллы поваренной соли NaCl представляют собой бесцветные прозрачные кубики.

Выращивание кристаллов медного купороса

Раствор медного купороса приготовил следующим образом: налил воды в стакан (200 г) и поставил его в кастрюлю с тёплой водой при 50°С и начал растворять 100 гпорошка медного купороса также, как и раствор поваренной соли, оставил на несколько дней. Сначала, способом быстрого испарения в открытом сосуде на стенках получил монокристалл медного купороса.

Затем поместил его в новый раствор для дальнейшего наращивания при комнатной температуре и закрытом сосуде. Через 2 недели получил поликристалл размером 2,8 см.

Выращивание красных кристаллов меди:

На дно широкой чаши, равномерно по площади дна, положил немного медного купороса, сверху насыпал поваренной соли и закрыл всё это вырезанным кружком бумаги, на неё положил железные стружки. Всё это вместе залил насыщенным раствором поваренной соли и оставил чашу на неделю. За это время выросли игло угольные красные кристаллы меди. Затем, также как и в предыдущем случае, произвел наращивание и получил монокристалл и поликристаллы.

Исследования зависимости роста кристалла от температуры

Процесс кристаллизации можно использовать для покрытия поверхности различных фигур.

Многие вещества могут существовать в нескольких кристаллических модификациях (фазах), отличающихся физическими свойствами. Это явление называетсяполиморфизмом. Переход из одной модификации в другую называется полиморфным переходом. Интересным и важным примером полиморфного перехода является превращение графита в алмаз. Этот переход при производстве искусственных алмазов осуществляется при давлениях 60-100 тысяч атмосфер и температурах 1500-2000 К.

Структуры кристаллических решеток экспериментально изучаются с помощью дифракции рентгеновского излучения на монокристаллах или поликристаллических образцах.

На рис. 3.6.2 приведены примеры простых кристаллических решеток. Следует помнить, что частицы в кристаллах плотно упакованы, так что расстояние между их центрами приблизительно равно размеру частиц. В изображении кристаллических решеток указывается только положение центров частиц.

В простой кубической решетке частицы располагаются в вершинах куба. кристалл поваренная соль выращивание

В гранецентрированной решетке частицы располагаются не только в вершинах куба, но и в центрах каждой его грани. Изображенная на рис. 3.6.1 решетка поваренной соли состоит из двух вложенных друг в друга гранецентрированных решеток, состоящих из Na + и Cl-. В объемно центрированной кубической решетке дополнительная частица располагается в центре каждой элементарной кубической ячейки.

Кристаллические структуры металлов имеют важную особенность. Положительно заряженные ионы металла, образующие кристаллическую решетку, удерживаются вблизи положений равновесия силами взаимодействия с «газом свободных электронов» (рис. 3.6.3). Электронный газ образуется за счет одного или нескольких электронов, отданных каждым атомом. Свободные электроны способны блуждать по всему объему кристалла.

Результаты исследований показали, что форма и размеры кристаллов зависят от температуры насыщенного раствора, (это можно увидеть по полученным кристаллам).

Используя эту технологию выращивания кристаллов можно покрыть кристаллами нужного цвета поверхность различных фигур.

В целом процесс выращивания кристаллов из растворов, при котором играет роль диффузия тепла и «питательного» материала, но самое главное-распределение и укладка молекул при выходе их на кристалл, настолько сложен, что в настоящее время невозможно дать количественную оценку скорости роста кристаллов в терминах молекулярных перемещений. Иными словами, до сих пор никто еще не смог, приняв за основу некоторые числовые характеристики, отражающие свойства и движение молекул, успешно рассчитать скорость роста кристалла.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Легирование выращенных кристаллов и объемных кристаллов из жидкой фазы. Пассивные и активные методы выравнивания состава кристалла, механическая подпитка расплава, изменение условий выращивания. Растворимость и взаимодействие между примесными ионами.

реферат [225,2 K], добавлен 14.03.2010

Общие сведения о германии, области его применения и технология получения. Выращивание монокристаллов из расплава. Программирование контроллера Simatic S7-300 для автоматизированного выращивания монокристаллов германия. Расчет электрической нагрузки.

дипломная работа [3,0 M], добавлен 16.12.2013

Гомогенная и гетерогенная система. Условия образования непрерывных твердых растворов замещения. Химические и электронные соединения. Кристаллическая структура фаз внедрения. Анализ процесса образования кристаллов кубической и гексагональной симметрии.

лекция [84,9 K], добавлен 29.09.2013

Исследование процесса кристаллизации расплавов металлов. Влияние температуры на свободную энергию жидкой и твердой фазы процесса кристаллизации. Охлаждение расплава и образование кристаллов. Регулирование размеров зерен кристаллов. Обзор строения слитка.

реферат [102,2 K], добавлен 16.12.2014

Индицирование рентгенограммы поликристаллов, анализ параметров и типа решетки для кубической сингонии, средней категории. Ячейки Бравэ и систематические погасания. Оформление экспериментальной рентгенограммы. Программы для автоматического индицирования.

курсовая работа [90,0 K], добавлен 15.12.2015

Источник

Поликристалл

Смотреть что такое «Поликристалл» в других словарях:

поликристалл — поликристалл … Орфографический словарь-справочник

ПОЛИКРИСТАЛЛ — агрегат мелких монокристаллов разл. ориентации (крист. зёрен). Большинство тв. тел (минералы, металлы, сплавы, керамики и др.) имеют поликрист. строение. Св ва П. обусловлены ср. размером зёрен (от 1 2•10 6 м до неск. мм), их ориентацией и… … Физическая энциклопедия

поликристалл — сущ., кол во синонимов: 1 • кристалл (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Поликристалл — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

поликристалл — polikristalas statusas T sritis chemija apibrėžtis Kristalinis kūnas, susidedantis iš daugelio netvarkingai išsidėsčiusių kristalų. atitikmenys: angl. polycrystal rus. поликристалл … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

поликристалл — polikristalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. polycrystal vok. Polykristall, m rus. поликристалл, m pranc. polycristal, m … Fizikos terminų žodynas

Поликристалл — агрегат мелких кристаллов (См. Кристаллы) какого либо вещества, иногда называемых из за неправильной формы кристаллитами или кристаллическими зёрнами. Многие материалы естественного и искусственного происхождения (Минералы, Металлы,… … Большая советская энциклопедия

ПОЛИКРИСТАЛЛ — твёрдое тело, состоящее из множества мелких кристаллитов (зёрен), чаще всего не имеющих правильной кристаллич. огранки. Кристаллич. решётки соседних зёрен обычно разориентированы на углы, измеряемые градусами и десятками градусов. П. являются… … Большой энциклопедический политехнический словарь

поликристалл — поликрист алл, а … Русский орфографический словарь

поликристалл — (2 м); мн. поликриста/ллы, Р. поликриста/ллов … Орфографический словарь русского языка

Источник