Реальный кристалл

Строение реального кристалла

1. В идеальном кристалле существует дальний порядок, т. е. правильная структура имеет место на сколь угодно больших расстояниях. Однако таких кристаллов в природе нет. В реальных кристаллах пространственная решётка не является правильной во всём объёме кристалла. Все возможные нарушения периодичности в расположении атомов называют дефектами кристаллов. Дефекты могут возникать в процессе роста кристалла из-за механического воздействия, перепадов температуры, недостаточной чистоты раствора и т. п.

Наличие дефектов в кристалле сильно влияет на его свойства. В частности, в идеальном кристалле невозможна диффузия. Это связано с тем, что все узлы кристаллической решётки в нём заняты атомами данного вещества и внедрение атомов другого вещества в узлы или между узлами решётки идеального кристалла требует очень большой энергии, которой атомы не обладают.

В реальном же кристалле атомы другого вещества, попадая в область дефекта, могут занять свободное место. При этом их энергия оказывается достаточной для внедрения, поскольку в области дефектов связи между атомами слабее.

Управление свойствами твёрдых тел

2. Зная строение вещества, можно влиять на свойства вещества и создавать материалы с определёнными свойствами. Создание материалов с заданными свойствами, потребность в которых постоянно растёт, — одно из основных направлений научно-технического прогресса.

Наиболее важной считается задача повышения прочности материалов. Прочность можно повысить как при уменьшении дефектов решётки, так и при их увеличении. Максимальной прочностью обладает идеальный кристалл. Поэтому одна из возможностей повышения прочности — выращивание бездефектных кристаллов, т. е. кристаллов, близких к идеальному. Такие кристаллы выращивают в лабораториях. Они имеют нитевидную форму, и их прочность практически равна теоретической. Например, кристалл железа, полученный в лаборатории, имеет прочность 14 • 10⁷ Па, в то время как прочность обычного чистого железа 2 • 10⁷ Па.

С другой стороны, прочность можно повысить, увеличив концентрацию дефектов. С этой целью материал можно подвергнуть пластической деформации. Этот способ повышения прочности называют наклёпом. Примерами наклёпа являются ковка, прокатка, волочение и т. п. Опыт показывает, что при наклёпе прочность возрастает в десятки раз.

Окончание >>>