קריסטלים הם גופים מוצקים בעלי צורה גיאומטרית קבועה. המבנה שבתוכו נמצאים חלקיקים מסודרים נקרא סריג גביש. נקודות המיקום של החלקיקים שבהם הם מתנודדים נקראות הצמתים של סריג הגביש. כל הגופים הללו מחולקים לחד-גבישים ורב-גבישים.
מהם קריסטלים בודדים
גבישים בודדים הם גבישים בודדים שבהם לסריג הגביש יש סדר ברור. לעתים קרובות לגביש בודד יש צורה קבועה, אך תכונה זו אינה חובה בעת קביעת סוג הגביש. רוב המינרלים הם גבישים בודדים.
הצורה החיצונית תלויה בקצב הגדילה של החומר. עם עלייה איטית וההומוגניות של החומר, הגבישים מקבלים את החיתוך הנכון. במהירות בינונית, החתך אינו בולט. בקצב התגבשות גבוה, גדלים polycrystals המורכבים מגבישים בודדים רבים.
דוגמאות קלאסיות של גבישים בודדים הן יהלום, קוורץ,טוֹפָּז. באלקטרוניקה, יש חשיבות מיוחדת לגבישים בודדים, בעלי תכונות של מוליכים למחצה ודיאלקטריים. סגסוגות של גבישים בודדים מאופיינות בקשיות מוגברת. גבישים בודדים טהורים הם בעלי אותן תכונות ללא קשר למקור. ההרכב הכימי של המינרלים תלוי בקצב הגידול. ככל שהגביש גדל לאט יותר, כך הרכבו מושלם יותר.
פוליקריסטלים
גבישים בודדים ופולי-גבישים מאופיינים באינטראקציה מולקולרית גבוהה. פוליקריסטל מורכב מגבישים בודדים רבים ויש לו צורה לא סדירה. הם נקראים לפעמים קריסטליטים. הם מופיעים כתוצאה מצמיחה טבעית או גדלים באופן מלאכותי. פוליקריסטלים יכולים להיות סגסוגות, מתכות, קרמיקה. המאפיינים העיקריים מורכבים מתכונותיהם של גבישים בודדים, אך יש חשיבות רבה לגדלי הגרגרים, המרחק ביניהם וגבולות הגרגרים. בנוכחות גבולות, המאפיינים הפיזיים של פוליגריסטלים משתנים באופן משמעותי, החוזק פוחת.
פוליקריסטלים נוצרים כתוצאה מהתגבשות, שינויים באבקות גבישיות. מינרלים אלה פחות יציבים מגבישים בודדים, וכתוצאה מכך צמיחה לא אחידה של גרגרים בודדים.
פולימורפיזם
גבישים בודדים הם חומרים שיכולים להתקיים בשני מצבים בו-זמנית, אשר יהיו שונים בתכונות הפיזיקליות שלהם. תכונה זו נקראת פולימורפיזם.
במקביל, חומר במצב אחד יכול להיות יציב יותר מאחר. כאשר תנאי הסביבה משתנים, המצב עלולשינוי.
פולימורפיזם הוא מהסוגים הבאים:
- שחזור - ריקבון מתרחש לאטומים ולמולקולות.
- דפורמציה - המבנה שונה. מתרחשת דחיסה או מתיחה.
- Shift - חלק מהמרכיבים במבנה משנים את מיקומם.
מאפייני קריסטל יכולים להשתנות עם שינוי פתאומי בהרכב. הדוגמה הקלאסית לפולימורפיזם היא שינוי פחמן. במצב אחד זה יהלום, במצב אחר זה גרפיט, חומרים בעלי תכונות שונות.
כמה צורות של פחמימות הופכות לגרפיט כשהן מתחממות. שינויים במאפיינים יכולים להתרחש ללא עיוות של סריג הגביש. במקרה של ברזל, החלפה של חלק מהרכיבים מובילה להיעלמותן של תכונות מגנטיות.
חוזק קריסטל
לכל חומר המשמש בטכנולוגיה מודרנית יש חוזק סופי. לסגסוגת של ניקל, כרום וברזל יש את החוזק הגדול ביותר. הגברת חוזק המתכות תשפר את הציוד הצבאי והאזרחי. עמידות מוגברת לבלאי תגרום לחיי שירות ארוכים יותר. מסיבה זו, מדענים חוקרים את חוזקם של גבישים בודדים במשך זמן רב.
גבישים בודדים טהורים הם גבישים עם סריג קריסטל אידיאלי, מכילים מספר קטן של פגמים. עם ירידה במספר הפגמים, חוזק המתכות עולה פי כמה. יחד עם זאת, צפיפות המתכת נשארת כמעט זהה.
גבישים בודדים עם סריג אידיאלי עמידים בפני מתח מכני עד לנקודת ההיתוך. אל תשנו עםזְמַן. לרוב, לגבישים בודדים כאלה יש נקע אפס. אבל זה תנאי אופציונלי. החוזק מוסבר על ידי העובדה שמיקרו-סדקים נוצרים במקומות שבהם יש את המספר הגדול ביותר של נקעים. ובהעדרם, אין היכן להופיע סדקים. המשמעות היא שהגביש היחיד יחזיק מעמד עד לחרוג מסף החוזק שלו.
קריסטלים בודדים מלאכותיים
גידול גבישים בודדים אפשרי ברמה המדעית הנוכחית. בעת עיבוד מתכת, מבלי לשנות את הרכבה, ניתן ליצור גביש יחיד בעל מרווח בטיחות גבוה.
ישנן 2 שיטות ידועות לייצור של גבישים בודדים:
- לחץ גבוה במיוחד ויציקת מתכת;
- לחץ קריוגני.
השיטה הראשונה פופולרית לעיבוד מתכות קלות. בהתחשב בטוהר המתכת והלחץ הגובר, תופיע בהדרגה מתכת חדשה בעלת אותן תכונות, אך עם חוזק מוגבר. בתנאים מסוימים, ניתן להשיג גביש יחיד עם סריג אידיאלי. בנוכחות זיהומים, קיימת אפשרות שסריג הקריסטל לא יהיה אידיאלי.
במתכות כבדות, בלחץ גובר, מתרחש תהליך שינוי המבנה. הגביש היחיד עדיין לא התברר, אבל החומר שינה תכונות.
יציקה קריוגנית מבוססת על ייצור נוזלים קריוגניים. התגבשות אינה מתרחשת בהשפעת שדה מגנטי. הצורה החצי גבישית הופכת לגריסטל לאחר טעינה חשמלית.
יהלוםוקוורץ
תכונות היהלום מבוססות על העובדה שהוא חומר בעל סריג גביש אטומי. הקשר בין האטומים קובע את חוזק היהלום. בתנאים קבועים, היהלום אינו משתנה. כאשר הוא נחשף לוואקום, הוא הופך בהדרגה לגרפיט.
גדלי גבישים משתנים באופן משמעותי. ליהלומים שגדלו באופן סינטטי יש פני קוביות והם נראים שונים ממקביליהם. תכונות היהלום משמשות לחיתוך זכוכית.
גבישי קוורץ נמצאים בכל מקום. המינרל הוא אחד הנפוצים ביותר. קוורץ הוא בדרך כלל חסר צבע. אם יש הרבה סדקים בתוך האבן, אז היא לבנה. כאשר מוסיפים זיהומים אחרים, הוא משנה את צבעו.
גבישי קוורץ משמשים לייצור זכוכית, ליצירת אולטרסאונד, בציוד חשמל, רדיו וטלוויזיה. זנים מסוימים משמשים בתכשיטים.
מבנה של גבישים בודדים
למתכות במצב מוצק יש מבנה גבישי. המבנה של גבישים בודדים הוא סדרה אינסופית של אטומים מתחלפים. במציאות, סידור האטומים יכול להיות מופרע עקב השפעות תרמיות, מכניות או ממספר סיבות אחרות.
סריגי קריסטל נמצאים בשלושה סוגים:
- סוג טונגסטן;
- סוג נחושת;
- סוג מגנזיום.
Application
גבישים בודדים מלאכותיים הם הזדמנות להשיג חומר עם תכונות חדשות. שטח היישום של גבישים בודדים גדול מאוד. קוורץ וספר נוצרו על ידי הטבע, בעוד נתרן פלואוריד גדל באופן מלאכותי.
מונוקריסטלים הםחומרים המשמשים באופטיקה ואלקטרוניקה. קוורץ ונציץ משמשים באופטיקה אך הם יקרים. בתנאים מלאכותיים, אתה יכול לגדל גביש יחיד, שייחוד בטוהר וחוזק.
יהלום משמש כאשר נדרש חוזק גבוה. אבל זה מסונתז בהצלחה בתנאים מלאכותיים. גבישים בודדים תלת מימדיים גדלים מהמסות.
