کریستال ها اجسامی جامد با شکل هندسی منظم هستند. ساختاری که ذرات مرتب شده در آن قرار دارند، شبکه کریستالی نامیده می شود. به نقاطی که ذرات در آن نوسان می کنند، گره های شبکه کریستالی می گویند. همه این اجسام به دو بلور و چند بلور تقسیم می شوند.
تک بلورها چیست
تک بلورها تک بلورهایی هستند که در آنها شبکه کریستالی نظم مشخصی دارد. اغلب تک کریستال شکل منظمی دارد، اما این ویژگی هنگام تعیین نوع کریستال اجباری نیست. اکثر کانی ها تک بلور هستند.
شکل خارجی به سرعت رشد ماده بستگی دارد. با افزایش آهسته و همگن بودن مواد، کریستال ها برش صحیحی دارند. در سرعت متوسط، برش تلفظ نمی شود. با سرعت تبلور بالا، پلی کریستال های متشکل از بسیاری از تک بلورها رشد می کنند.
نمونه های کلاسیک تک بلورها الماس، کوارتز،توپاز در الکترونیک تک بلورها که دارای خواص نیمه هادی و دی الکتریک هستند از اهمیت ویژه ای برخوردارند. آلیاژهای تک بلورها با افزایش سختی مشخص می شوند. تک کریستال های فوق خالص بدون در نظر گرفتن منشاء، خواص یکسانی دارند. ترکیب شیمیایی مواد معدنی به سرعت رشد بستگی دارد. هر چه کریستال کندتر رشد می کند، ترکیب آن کامل تر است.
پلی کریستال
تک بلورها و پلی کریستال ها با برهمکنش مولکولی بالا مشخص می شوند. یک پلی کریستال از تعداد زیادی تک کریستال تشکیل شده و شکل نامنظمی دارد. گاهی اوقات آنها را کریستالیت می نامند. آنها در نتیجه رشد طبیعی ظاهر می شوند یا به طور مصنوعی رشد می کنند. پلی کریستال ها می توانند آلیاژ، فلز، سرامیک باشند. خصوصیات اصلی از خواص تک بلورها تشکیل شده است، اما اندازه دانه ها، فاصله بین آنها و مرزهای دانه از اهمیت بالایی برخوردار است. در حضور مرزها، ویژگی های فیزیکی پلی کریستال ها به طور قابل توجهی تغییر می کند، استحکام کاهش می یابد.
پلی کریستال ها در نتیجه کریستالیزاسیون، تغییر در پودرهای کریستالی ایجاد می شوند. این مواد معدنی نسبت به تک بلورها پایداری کمتری دارند و در نتیجه باعث رشد ناهموار دانه‌ها می‌شود.
Polymorphism
تک بلورها موادی هستند که می توانند همزمان در دو حالت وجود داشته باشند که از نظر خواص فیزیکی متفاوت هستند. این ویژگی چندشکلی نامیده می شود.
در عین حال، یک ماده در یک حالت می تواند پایدارتر از حالت دیگر باشد. هنگامی که شرایط محیطی تغییر می کند، وضعیت ممکن استتغییر.
چند شکلی انواع زیر است:
- بازسازی - پوسیدگی در اتم ها و مولکول ها رخ می دهد.
- تغییر شکل - ساختار اصلاح شده است. فشرده سازی یا کشش رخ می دهد.
- Shift - برخی از عناصر ساختار مکان خود را تغییر می دهند.
خواص کریستال می تواند با تغییر ناگهانی در ترکیب تغییر کند. مثال کلاسیک چندشکلی اصلاح کربن است. در یک حالت الماس و در حالت دیگر گرافیت است، موادی با خواص متفاوت.
برخی از اشکال کربوهیدرات با حرارت دادن به گرافیت تبدیل می شوند. تغییرات در خواص می تواند بدون تغییر شکل شبکه کریستالی رخ دهد. در مورد آهن، جایگزینی برخی از اجزاء منجر به از بین رفتن خواص مغناطیسی می شود.
استحکام کریستالی
هر ماده ای که در تکنولوژی مدرن استفاده می شود دارای استحکام نهایی است. آلیاژ نیکل، کروم و آهن بیشترین استحکام را دارد. افزایش استحکام فلزات باعث بهبود تجهیزات نظامی و غیرنظامی می شود. افزایش مقاومت در برابر سایش باعث طول عمر بیشتر می شود. به همین دلیل، دانشمندان برای مدت طولانی استحکام تک بلورها را مطالعه کرده اند.
تک بلورهای خالص بلورهایی با شبکه کریستالی ایده آل هستند که دارای تعداد کمی نقص هستند. با کاهش تعداد عیوب، استحکام فلزات چندین برابر افزایش می یابد. در همان زمان، چگالی فلز تقریباً ثابت می ماند.
تک بلورها با شبکه ایده آل در برابر تنش مکانیکی تا نقطه ذوب مقاوم هستند. با تغییر نکنیدزمان. اغلب، چنین تک کریستال هایی دارای جابجایی صفر هستند. اما این یک شرط اختیاری است. استحکام با این واقعیت توضیح داده می شود که ریزترک ها در مکان هایی تشکیل می شوند که بیشترین تعداد نابجایی وجود دارد. و در غیاب آنها جایی برای بروز ترک وجود ندارد. این بدان معنی است که تک کریستال تا زمانی که از آستانه استحکام آن فراتر رود دوام می آورد.
تک بلورهای مصنوعی
رشد تک بلورها در سطح فعلی علم امکان پذیر است. هنگام پردازش فلز، بدون تغییر ترکیب آن، می توانید یک کریستال واحد ایجاد کنید که حاشیه ایمنی بالایی دارد.
2 روش شناخته شده برای تولید تک بلورها وجود دارد:
- فشار بالا و ریخته گری فلز؛
- فشار برودتی.
روش اول برای پردازش فلزات سبک رایج است. با توجه به خلوص فلز و افزایش فشار، به تدریج فلز جدیدی ظاهر می شود که همان خواص را دارد اما با استحکام بیشتر. تحت شرایط خاصی می توان یک کریستال تک با یک شبکه ایده آل به دست آورد. در صورت وجود ناخالصی، این احتمال وجود دارد که شبکه کریستالی ایده آل نباشد.
در فلزات سنگین با افزایش فشار، فرآیند تغییر ساختار رخ می دهد. تک کریستال هنوز پیدا نشده است، اما این ماده خواص خود را تغییر داده است.
ریخته گری برودتی مبتنی بر تولید مایعات برودتی است. تبلور تحت تأثیر میدان مغناطیسی رخ نمی دهد. شکل نیمه کریستالی پس از بارگیری الکتریکی به کریستال تبدیل می شود.
الماسو کوارتز
خواص الماس بر این اساس است که ماده ای با شبکه کریستالی اتمی است. پیوند بین اتم ها استحکام الماس را تعیین می کند. در شرایط ثابت، الماس تغییر نمی کند. هنگامی که در معرض خلاء قرار می گیرد، به تدریج به گرافیت تبدیل می شود.
اندازه های کریستال به طور قابل توجهی متفاوت است. الماس هایی که به صورت مصنوعی رشد می کنند، صورت های مکعبی دارند و با همتایان خود متفاوت به نظر می رسند. از خواص الماس برای برش شیشه استفاده می شود.
کریستال های کوارتز در همه جا یافت می شوند. این ماده معدنی یکی از رایج ترین آنهاست. کوارتز معمولا بی رنگ است. اگر در داخل سنگ شکاف های زیادی وجود داشته باشد، سفید است. وقتی ناخالصی های دیگر اضافه می شود، رنگ آن تغییر می کند.
کریستال های کوارتز در ساخت شیشه، برای ایجاد امواج فراصوت، در تجهیزات الکتریکی، رادیویی و تلویزیونی استفاده می شود. برخی از انواع آن در جواهرات استفاده می شود.
ساختار تک بلورها
فلزات در حالت جامد ساختار کریستالی دارند. ساختار تک بلورها مجموعه ای بی پایان از اتم های متناوب است. در واقع، ترتیب اتم ها می تواند به دلیل اثرات حرارتی، مکانیکی یا به دلایل دیگر مختل شود.
شبکه های کریستالی در 3 نوع یافت می شوند:
- نوع تنگستن؛
- نوع مس;
- نوع منیزیم.
برنامه
تک بلورهای مصنوعی فرصتی برای به دست آوردن موادی با خواص جدید است. منطقه کاربرد تک کریستال ها بسیار بزرگ است. کوارتز و اسپار توسط طبیعت ایجاد شده اند، در حالی که سدیم فلوراید به طور مصنوعی رشد کرده است.
تک بلورها هستندمواد مورد استفاده در اپتیک و الکترونیک. کوارتز و میکا در اپتیک استفاده می شوند اما گران هستند. در شرایط مصنوعی، شما می توانید یک کریستال را رشد دهید که از نظر خلوص و قدرت متمایز می شود.
الماس در مواردی استفاده می شود که به استحکام بالا نیاز است. اما در شرایط مصنوعی با موفقیت سنتز می شود. تک بلورهای سه بعدی از ذوب ها رشد می کنند.
