Монокристаллы реальные

Большинство природных и используемых в технике искусств. твердых з-в находится в поликристаллич. состоянии, т. е. представляет собой совокупность беспорядочно ориентиров, мелких кристаллов (зерен), размер к-рых зависит от условий кристаллизации, содержания примесей, термообработки и др. В поликристаллич. состоянии анизотропия св-в появляется лишь при наличии преимуществ, ориентации отд. зерен (текстуры). В технике широко используют также более или менее крупные монокристаллы. Реальные кристаллы всегда содержат раэл. рода дефекты. [c.287]

Приведем данные теоретической и реально наблюдаемой прочности для монокристаллов некоторых чистых материалов [c.174]

Теоретические значения прочности металла, рассчитываемые по величине энергии, затрачиваемой на образование двух новых поверхностей при преодолении межатомных связей в идеальной решетке монокристалла, во много раз выше значений технической прочности, получаемых при испытании реальных образцов того же металла. Эго расхождение объясняется наличием различного рода дефектов — несовершенств строения кристаллического тела. К таким дефектам — несовершенствам тонкой структуры — относят, прежде всего, дислокации. [c.71]

Ограничимся одним классическим примером. Хорошо известно, что монокристалл в буквальном смысле этого понятия — фикция это нечто бесконечное в трех направлениях и лишенное дефектов. Реальный кристалл, помимо того что его размеры всегда ограничены, обязательно содержит дефекты (вакансии, или дырки, атомы или ионы в междоузлиях и т. п.), порожденные тепловым движением. В свою очередь, эти дефекты подвижны — уже в обычном смысле слова, — и тепловое движение в реальных кристаллах с равным успехом можно описывать в терминах движения атомов (молекул, ионов) или же дефектов [18, гл. I]. При любой отличной от абсолютного нуля температуре дефектный кристалл равновесен это доказывается тем, что для исправления его решетки, т. е. ликвидации дырок, к нему необходимо приложить огромное внешнее давление. [c.25]

И в то же время в кристаллографическом, или чисто структурном плане концепция монокристалла играет огромную роль, позволяя систематизировать решетки, рассчитывать теоретические (в известной мере абсолютизированные) свойства кристаллов и-попутно предсказывать их реальные свойства, причем не только механические.. [c.25]

Развитие физики твердого тела сделало возможным рассчитать прочность кристалла, исходя из прочности межатомных связей [25, с. 13]. При этом структура кристалла считалась идеальной (монокристалл). Однако оказалось, что реальная прочность намного ниже теоретической, ибо материалы всегда содержат дефекты, или они появляются под действием тепловых флуктуаций и напряжений в процессе нагружения. Эти дефекты являются концентраторами напряжений и вследствие этого преимущественными местами разрыва связей. Величина напряжения на дефектах может во много раз превосходить номинальное напряжение, что и объясняет низкие значения реальной прочности. [c.201]

Прочность реальных материалов из-за дефектов их кристаллической структуры значительно ниже прочности идеальных монокристаллов. Если диспергировать материал до частиц, размеры которых соизмеримы с расстояниями между дефектами структуры, то прочность таких высокодисперсных частиц б дет близка к прочности идеальных твердых тел. Отсюда возникла идея о повышении прочности материалов путем их измельчения с последующим свариванием, спеканием уплотненных дисперсных порошков. На основе этой идеи разработано производство новых материалов и изделий из них — порошковая металлургия, металлокерамика. О нанокристаллическом состоянии вещества см. разд. 5.5. [c.315]

Реальная поверхность кре.мния содержит весьма тонкий слой оксида кремния (1,0—1,5 нм), который образуется в ходе технологических процессов полировки монокристалла и очистки его поверхности от примесей при химическом удалении поверхностного слоя, нарушенного механической обработкой и окончательной промывкой монокристалла в растворителях и воде. При этом поверхностные атомы кремния оксидной пленки могут быть связаны с гидроксильными группами, кроме того, на поверхности физически адсорбируются молекулы воды. Аналогичная картина имеет место и на поверхности кристаллического оксида кремния— кварца. Исходя из этого химическая гомогенизация поверхности указанных материалов должна включать, с одной стороны, удаление физически сорбированной воды, а с другой — достижение максимальной степени гидроксилирования поверхности. Последнее оказывается одним из важнейших условии при использовании поверхности твердых веществ в качестве матрицы для осуществления на ней направленного синтеза, например, оксидных структур методом молекулярного наслаивания. Предельная степень гидроксилирования обусловливает максимальное заполнение поверхности элемент-кислородными структурными единицами, и, таким образом, вопрос стандартизации гидроксильного покрова поверхности при подготовке к синтезу является одним из важнейших, определяющим сплошность синтезированного методом молекулярного наслаивания слоя. [c.78]

В идеальных телах, особенно монокристаллах, как было указано, существует правильный порядок расположения атомов или ионов, которые образуют правильные ряды в виде пространственной сетки. Однако в различных реальных телах существуют дефекты — слабые места с пониженной прочностью. Они и являются причиной того, что прочность реальных твердых тел в несколько сотен раз ниже, чем прочность идеальных кристаллов и стеклообразных веществ. [c.234]

Наличие дислокаций и плоских дефектов в реальных кристаллах сильно сказывается на механических свойствах твердых тел. Однако это отнюдь не означает, что монокристаллы вещества по прочности всегда будут превосходить его поликристалличе-ские конгломераты. Все будет зависеть от степени взаимодействия дислокаций и плоских дефектов с другими дефектами твердого тела. Так, монокристаллы чистого железа очень пластичны, в то время как стали, имеющие блочную структуру, проявляют прочность в сотни раз большую за счет взаимодействия дислокаций с примесными дефектами. Междоузельные примесные дефекты, как правило, затрудняют движение дислокаций, осложняя механическую обработку металлов. В связи с этим при механической обработке высокопрочных металлов, таких, как титан, молибден, бериллий, вольфрам, обычно проводят их тщательную очистку от примесей азота и кислорода. [c.82]

Для улучшения очистки нужно максимально приблизить величину эффективного коэффициента к равновесному. Для этого по возможности уменьшают скорость кристаллизации (скорость движения зоны или скорость вытягивания) и усиливают перемешивание расплава, из-за чего уменьшается толщина диффузионного слоя. В реальных условиях на процессе отделения какой-либо примеси оказывают влияние другие компоненты. При выращивании монокристаллов наблюдается зависимость коэффициента распределения от кристаллографического направления. Подробнее кристаллофизические методы разобраны в [106—109]. [c.202]

Коррозионное растрескивание в значительной мере определяется структурой материала. Так, эксперименты с монокристаллами железа и реальными сталями показали, что только поли-кристаллические материалы склонны к коррозионному растрескиванию [8, 19]. Известно, что даже незначительные загрязнения границ зерен металла, повышение концентрации дислокаций в металле и другие подобные явления понижают стойкость материалов к растрескиванию. При термической обработке и сварке деталей склонность к коррозионному растрескиванию зависит от фазовых и структурных превращений в системе Ре -С. Так, отпуск при температурах 150-400 °С (в зависимости от химического состава стали), обусловливающий образование структуры отпущенного мартенсита, повышает склонность материала к коррозионному растрескиванию [8]. В целом считается, что термодинамически менее устойчивые структуры (мартенсит) более склонные к коррозионному растрескиванию, чем устойчивые отожженные. [c.42]

Монокристаллы, полученные методом Чохральского, как правило, неоднородны по составу и электрофизическим свойствам. Величина удельного сопротивления, например, непостоянна по длине и радиусу слитка. В реальном кристалле пространственная решетка всегда в некоторой степени несовершенна, содержит структурные дефекты. Неоднородность, вызывающая изменение электрофизических свойств Б монокристалле по длине, определяется основными законами фазовых превращений в многокомпонентных системах. Эти закономерные нарушения однородности могут быть названы сегрегационными нарушениями постоянства состава и связаны с обеднением или обогащением расплава примесью в зависимости от коэффициента распределения (7(>1,0 или /(<1,0) [74]. Нужно отметить, что закономерности сегрегационного нарушения свойства достаточно хорошо изучены. Предложен ряд способов, использование которых позволяет получать монокристаллы с равномерными свойствами по длине. Идея этих методов главным образом сводится к поддержанию постоянства состава расплава за счет подпитки его или жидким материалом, или путем расплавления специально приготовленного кристалла. Впервые принципы подпитки были сформулированы Д. А. Петровым [39]. [c.203]

В полимерах ситуация совершенно аналогична. Основную ячейку образует одно звено, или часть звена, или небольшое число звеньев смежных цепей, а большую — сам кристаллит толщины I. Поскольку в парафинах температура плавления растет с /, в реальных кристалло-аморфных полимерах, имеющих строение типа рис. III. 3, Т пл тоже должна возрастать, достигая максимума для монокристаллов КВЦ или непрерывного каркаса из КВЦ, получающегося при ориентационной кристаллизации. [c.97]

Но в реальных полимерах это сходство, проявляющееся, главным образом, на уровне механических свойств, усугубляется тем, что используемые в технике полимеры всегда кристал-ло-аморфны, ибо монокристаллы всегда малы и размеры их в некотором роде неудобны для изготовления механических устройств. [c.347]

Следует, конечно, учитывать, что такое устройство дает возможность измерять толщину нароста только контрольного кристалла, которая будет отличаться от аналогичных величин для других кристаллов. Частично это связано с неравномерностью скоростей роста по объему реакционной полости, частично — с влиянием на локальный тепломассообмен стального корпуса устройства. По последней причине также нельзя осуществлять контрольные замеры слишком часто, так как при этом будут сильно изменяться условия на растущей грани кристалла. Тем не менее устройства подобного типа позволяют получить весьма важную информацию, правильно отражающую реальный процесс роста монокристаллов, н тем самым способствовать принятию оптимальных технологических решений. [c.296]

Рентгеноструктурный анализ пригоден для изучения монокристаллов и поликристаллов, а также веществ, не обладающих строгой трехмерной периодичностью (полимеров, аморфных веществ, жидкостей, газов). Дифракционные картины состоят из диффузного фона и селективных максимумов, распределение и интенсивность которых позволяет определить атомно-кристаллическое строение вещества. Диффузное рассеяние связано со статическими и динамическими несовершенствами реальных кристаллических веществ. [c.201]

Одна из фундаментальных задач синтеза монокристаллов, сформулированная в середине прошлого века, — создание монокристаллов с заданными свойствами. Эта задача до сих пор не решена, поскольку невозможно учесть многочисленные факторы, ответственные за реальную структуру монокристаллов. Более того, еще не изучены многие факторы, которые могут оказывать определенное влияние на процесс кристаллизации. Среди них, например, роль изотопного состава исходного вещества, воздействие периодических вибраций, влияние магнитного поля Земли, влияние электромагнитного поля и воздействие, наводимое источником питания. Невозможно абсолютно точно воспроизвести монокристаллы с заданной реальной структурой, поскольку температурно-временные условия кристаллизации непостоянны. В связи с этим указанная выше задача носит только гипотетический характер и в принципе не может быть решена в полном объеме. Поэтому синтез монокристаллов до сих пор считают наполовину наукой, а наполовину искусством. Это связано с недостаточными знаниями процесса кристаллизации, ее кинетики и образования реальной структуры монокристаллов. [c.29]

В обычных условиях кристаллизации, благодаря наличию всевозможных примесей в расплавленном металле (в том числе и газообразных), деформаций и т. п. причин, не образуются идеальные монокристаллы. Реальный металл представляет конгломерат (механическое соединение) многих кристаллов, в кристаллической решетке которых появляются пустоты, трещинки, посторонние., включения. Это происходит потому, что в расплавленном металле одновременно растут многие кристаллы, мешающие расти друг другу. Поликристаллический характер металлических тел легко обнаружить, если воспользоваться специальным металломикроскопом. [c.11]

Механическое поведение, соответствующее теории линейной упругости, — только приближенная модель поведения реальных горных пород. Даже в условиях быстрой нагрузки наблюдаются нарушения закона Гука. Один из таких примеров — затухание сейсмических волн, когда их амплитуда уменьшается по мере удаления от очага вследствие неупругого рассеяния энергии. Это явление наблюдается и в монокристаллах, но гораздо сильнее оно сказывается в поликристаллических агрегатах. Степень затухания выражается диссипативной функцией [c.87]

Разумеется, т пропорционально молекулярной массе или степени полимеризации. С увеличением фз (сверх ф ) изотропная фаза постепенно будет исчезать и весь раствор перейдет в жидкокристаллическое состояние с доменной структурой границы между доменами (внутри которых все, макромолекулы ориентированы одинаково) образованы так называемыми дисинклинациями, играющими ту же роль, что и дислокации в обычных реальных кристаллах. В сильном магнитном или электрическом поле границы между доменами могут быть ликвидированы, с превращением раствора в нематические монокристалл [22]. [c.38]

Рассмотрим твердые вещеста с атомными кристаллическими решетками, как неметаллическими (например, карбид кремния Si ), так и металлическими (например, УзТа), т. е. такие, в узлах кристаллических решеток которых находятся атомы, связанные так называемыми коллективизированными электронами (см. гл. 7). Пусть мы имеем, скажем, 10 моль подобного вещества в виде очень маленького монокристалла. Значит ли это, что в таком кристалле SI (масса его всего 4 мкг) находится точно по 10 моль атомов кремния и углерода или в кристалле УгТа (массой 30 мкг) на 2-10 моль атомов ванадия приходится точно 1-10 моль атомов тантала Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним, что 10 моль — это около 6-10 атомов утвердительный ответ потребовал бы, чтобы числа разных атомов в кристалле совпадали с точностью до 16-го знака, что невероятно в реальных условиях образования кристалла. Таким образом очевидно, что в зависимости от условий получения подобных веществ они будут содержать избыток того или другого ком- [c.35]

Неодиородпость поверхности обнаруживается различными способами. Для отравления катализаторов достаточно малых количеств ядов, что указывает на особую активность не всей поверхности, а каких-то определенных участков на ней. Нагретые поверхности испускают электроны не равномерно, а только от определенных локализованных участков. Различной каталитической и адсорбционной способностью обладают различные грани кристаллов, причем для реальных твердых тел вполне естественно допущение о наличии на поверхности различных кристаллических граней. Из-за неровностей и трещин, имеющихся на гранях, ребрах и углах кристаллов, их поверхностная свободная энергия распределяется неравномерно. Отдельные монокристаллы, из которых построены поликристаллические агрегаты, по своей структуре часто сильно отклоняются от идеального порядка и строгой периодичности. Су- [c.46]

В реальном кристалле в отличие от идеального, в котором ячейки повторяются бесконечно, имеются внутренние сдвиги и искривления. Не все атомы реального кристалла находятся в узлах одной решетки. Некоторые атомы располагаются (дислоцируются) внутри определенных объемов, образуя дефекты, называемые дислокациями. Представления о дислока[1,иях возникли впервые в связи с необходимостью 0б11яснения механизма пластического течения металлов. Движения части монокристалла относительно другой его части может осуществляться в результате скольжения, которое показано на рис. IX,2. Каждый черный кружок иа этом рисунке [c.194]

Разработка дислокациотой теории объясняет, почему реальная прочность сталей и сплавов в 70-100 раз ниже теоретической. Так, реальная прочность чистого железа близка к 0,2 Па, в то время как расчетная его прочность составляет 14 Па. Основная причина такого большого расхождения — наличие в металлах дислокаций. Характерно, что полуденные в лабораторных условиях чистейшие монокристаллы железа, свободные от дислокаций, имеют реальную прочиость, близкую к расчетной, она равна 13 Па. Если бы удалось получить технические стали с прочностью, близкой к расчетной, то экономический эффект от снижения расхода металла бьш бы значительным. [c.12]

М. с. могут изменяться во времени. Для мн. материалов (монокристаллич., ориентированных и армированных пластиков, в fлoкoн) характерна резкая анизотропия М. с. Хотя М. с. зависят от сил взаимод. между частицами (ионами, атомами, молекулами), составляющими в-во, прямое их сопоставление со структурными характеристиками затруднено из-за дефектов кристаллич. структуры и неоднородностей, присущих реальным в-вам. Так, теоретические значения предела прочности на растяжение, составляющие 0,1 модуля Юнга в-ва, в 2-3 раза превышают достигнутые значения для предельно ориентированных волокон и монокристаллов и в сотни раз-для реальных конструкционных материалов. [c.76]

Практически монокристаллы особо чистого пещестпа никогда не имеют идеальной кристаллической решетки. В реальной решетке исегда можно обнаружить то или иное количество так [c.20]

Характерной особенностью кристаллов вообще и метатлов в частности является анизотропия (векториальность) свойств. Анизотропией назьшается зависимость физических, химических и. механических свойств от направления осей монокристалла и приложения силы. Кристалл-тело анизотропное в отличие от изотропных аморфных тел (стекло, пласт.массы, резина и др.), свойства которых не зависят от направления действия силы. Причиной анизотропии является неодинаковая плотность атомов в различных направлениях. Так как металлы и сплавы на их основе являются поликристаллитами, то состоят из большого числа беспорядочно ориентированных анизотропных кристаллов. В большинстве реальных случаев кристаллы по отношению друг к другу ориентированы различно, поэтому во всех направлениях свойства метатлов более или менее одинаковы, т.е. поликристаллическое тело является изотропным. [c.23]

Мы рассмотрели материал по реакционной способности поверхности твердых тел (монокристаллов) в реакциях, затрагивающих ее. Структура поверхности существенно отличается от регулярного строения кристалла, активность центров на ней усредняется, а реакционная способность разных граней сильно нивелируется при контакте с реакционной средой. Эти обстоятельства приводят в большинстве случаев к потере анизотропии свойств крпсталла по разным кристаллографическим направлениям. Именно поэтому для реакций термической диссоциации модель сферического зерна (с фронтом реакции, гомотетично движущимся от поверхности к центру) не является умозрительным феноменом и упрощающей заменой более сложной модели реального анизотропного кристалла моде.пь сферического зерна адекватно отражает поведение монокристалла в химической реакции, сублимагщи или термической диссоциации. [c.19]

Даже если предположить, что состав кристаллов абсолютно одинаков, то и тогда они могут существенно отличаться друг от друга своей реальной структурой, как то степенью упорядоченности, числом и направлением дислокаций, напряжениями, вызванными ростом и т. п., т. е. они могут иметь и всегда имеют разную степень совершенства, зависящую, в частности, от скорости кристаллизации. Некоторые электрические свойства, например, подвижность носителей тока, существенно различны у монокристаллов и поликристаллических агрегатов одного и того же вещества. В отличие от жидкостей и газов ин-дивидуальнос)ть криоталлов всегда должна итываться при исследовании твердых тел. [c.265]

Наряду с широко известными уникальными абразивными характеристиками, алмаз обладает и замечательной теплопроводностью, причем не столько по абсолютной величине, сколько по ее температурной зависимости. Достаточно сказать, что теплопроводность монокристалла алм аза при комнатной температуре в пять раз выше, чем у меди. Это позволяет рассматривать алмаз как наиболее перспективный материал для изготовления тепло-отводящих элементов малогабаритных полупроводниковых приборов. Поэтому были проведены исследования по влиянию температуры на теплопроводность монокристаллов алмаза. Для измерения отбирались кристаллы кубооктаэдрической формы с размером ребра кубических граней около 0,4-10 м, практически не содержащие макровключений метялла-рястворителя (образцы 7, 8 в табл. 34), а также удлиненные кристаллы кубического габитуса с размерами смежных ребер около (0,4 и 0,8) 10 м, содержащие отдельные металлические вклю еяня пластинчатой формы (образцы 5 и 6 см, табл. 34). Интервал измерения температуры составлял от 290 до 630 К. т. е. включал в себя реальный диапазон рабочих температур полупроводниковых приборов. Погрешность измерения теплопроводности 12—15%- [c.449]

Появляющаяся в двухмиллиметровом диапазоне возможность определять главные значения - и 4-тензоров оказывается особенно ценной в случав нитроксильных радикалов. Обычно для получения этой информации в трехсантиметровом диапазоне исследуются спектры ЭПР монокристаллов, содержащих радикалы в качестве изоморфных включений. Приготовление таких монокристаллов является трудной задачей. Кроме того, применение методов спиновых меток и зондов требует введения радикалов в различные, как правило, немонокристаллические матрицы. Поскольку среда может оказывать влияние на величину магнитных параметров [8], использование данных, полученных на монокристаллах, не всегда корректно и в точных расчетах эти данные приходится рассматривать только как нулевое приближение для неопределенных варьируемых параметров. Поэтому особую ценность представляют магнитно-резонансные параметры, измеренные непосредственно в реальных полиориентированных объектах. Часть этих данных представлена в таблице. [c.179]

Одним из свойств, решающим образом зависящим от наличия дислокаций, является прочность кристаллических тел. Зная структуру и энергию химической связи между атомами в кристалле, можно рассчитать силу, необхо димую для деформации и разру шения идеального (т. е. не содер жащего дефектов) кристалла т. е. его теоретическую прочность Опыт показывает, что те напря жения, при которых происходят деформации и разрушение реальных монокристаллов, т. е. их реальная прочность, оказываются в 10 ... 10 раз меньше рассчитанных теоретически. В настоящее время доказано, что причина высокой пластичности и пониженной прочности заключается в существовании в реальных кристаллах легко подвижных дефектов — дислокаций. [c.97]

Современная наука о материалах во многом базируется на изучении монокристаллов и монокристаллических пленок (включая наноструктуры), то есть монокристаллического состояния вещества. При этом фундаментальный интерес представляет не столько идеальная структура монокристаллического состояния, сколько его реальная структура, т. к. именно она в значительной степени определяет физичесыте и химические свойства. На сегодняшний день на уровне трехмерных и двумерных дефектов (механичесыхе включения и дислокации) фундаментальные задачи синтеза монокристаллов и пленок практически решены. Остаются пока нерешенными некоторые задачи технологического характера, связанные с синтезом технически ценных монокристаллов. [c.5]

В отлетие от низкотемпературной, высокотемпературная кристаллизация протекает в явно неравновесных условиях. Этот процесс характеризуется критическими по величине градиентами температур, достигающими 100 град/мм, и сравнительно высокими скоростями роста порядка 10 100 мм/ч. Кроме того, в условиях высокж температур формртрова-ние реальной структуры монокристаллов не завершается непосредственно актом образования монокристаллов, а продолжается при их охлаждении. [c.7]

Было установлено, что скорость выращивания одноатомных веществ (металлов и элементарных полупроводников) составляет примерно 100 мм/ч двухатомных (оксидов, фторидов, сульфидов и др.) — порядка 10 мм/ч, а многоатомных (гранатов, вольфраматов, молибдатов и др.) — порядка 1 мм/ч. Таким образом, к числу лимитирующргх кристаллизацию факторов относятся не только факторы, обусловленные физической природой (кинетикой на фронте роста и тепломассопереносом), но также факторы физико-химической природы, ответственные за химический состав и реальную структуру монокристаллов. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология