Курсовая теория на тему Получение и применение монокристаллов

Содержание:

Введение 2
Глава 1. Основные характеристики монокристаллов 4
1.1 Понятие монокристаллов 4
1.2 Характеристика поверхности кристалла 7
Глава 2. Выращивание и применение монокристаллов 12
2.1 Методы выращивания монокристаллов 12
2.2 Применение монокристаллов 18
Заключение 23
Список использованных источников 24

Введение:

Развитие многих отраслей современной техники тесно связано с использованием кристаллов. Достаточно вспомнить монокристаллы кварца, гранаты различного типа, кремний, соединения AIIIBV, AIIBIV, молибдаты, селениды, галлаты, йодаты, фосфаты. Квантовая, полупроводниковая электроника и оптика, инфракрасные и компьютерные технологии являются лишь частью тех областей науки и техники, в которых изучение и применение кристаллов сыграло решающую роль.
Растущая потребность в кристаллах с определенным набором свойств: высоким структурным совершенством, отсутствием нежелательных примесей, сложным химическим составом, который явно реагирует на многие физические воздействия, привела к интенсивному развитию новой отрасли — выращивания кристаллов. Кристаллизация — это сложный физико-химический процесс, ход которого зависит от большого числа факторов. Сложность описания такого процесса определяется как количеством, так и разнообразием этих факторов, а также недостаточным, во многих случаях, знанием механизма роста кристаллов. Тем не менее, уже в настоящее время успех в получении кристаллов с желаемыми свойствами во многом обусловлен пониманием механизма атомно-молекулярной кристаллизации.
Интерес к проблемам кристаллизации выходит за рамки компетенции специалистов, занимающихся выращиванием и применением объемных, двумерных (типа пленки), одномерных монокристаллов заданного состава и с заданным типом и концентрацией точечных дефектов.
В ряде отраслей (химической, строительной и др.) Технология основана на процессах массовой кристаллизации. Это крупнотоннажное производство минеральных удобрений, цементного клинкера, многочисленных солей, пигментов, металлов, керамики, люминофоров. Возникающие проблемы получения продуктов, состоящих из кристаллов заданной формы и размера, имеют большое практическое значение.
Таким образом, объектом исследования являются монокристаллы, а его предметом – выращивание и применение монокристаллов.
Объект и предмет исследования определили его цель – изучить выращивание и применение монокристаллов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить понятие монокристаллов;
2. Изучить характеристику поверхности кристалла;
3. Рассмотреть способы выращивания монокристаллов;
4. Проанализировать область применения монокристаллов.

Заключение:

Монокристалл представляет собой отдельный гомогенный кристалл, имеющий непрерывную кристаллическую решетку и иногда имеющий анизотропию физических свойств. Внешняя форма монокристалла обусловлена его атомной кристаллической решеткой и условиями кристаллизации (в основном, скоростью и однородностью). Медленно выращенный монокристалл почти всегда приобретает четко выраженную естественную огранку; в неравновесных условиях (средняя скорость роста) граненная кристаллизация проявляется слабо. При еще большей скорости кристаллизации вместо монокристалла образуются гомогенные поликристаллы и поликристаллические агрегаты, состоящие из множества по-разному ориентированных небольших монокристаллов.
Монокристаллы металлов и их сплавов могут иметь повышенные прочностные свойства и используются при производстве авиационных двигателей.
В научно-исследовательских лабораториях и промышленности кристаллы выращиваются из паров, расплавов и растворов, из твердой фазы, синтезируются химическими реакциями, проводят электролитическую кристаллизацию, кристаллизацию из гелей и т. д. В настоящее время для получения идеального наиболее часто используются следующие методы выращивания. кристаллы большого диаметра:
— из газовой (паровой) фазы с градиентом давления,
— от расплавов при градиенте температуры,
— из растворов с градиентом концентрации на границе раздела кристалл-раствор.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОНОКРИСТАЛЛОВ
1.1 Понятие монокристаллов
Кристаллы представляют собой твердые тела, которые имеют правильную геометрическую форму. Структура, в которой расположены упорядоченные частицы, называется кристаллической решеткой. Точки расположения частиц, в которых они колеблются, называются узлами кристаллической решетки. Все эти тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.
Монокристаллы — это монокристаллы, в которых кристаллическая решетка имеет четкий порядок. Часто монокристалл имеет правильную форму, но эта функция не требуется при определении типа кристалла. Большинство минералов являются монокристаллами [11].
Внешняя форма зависит от скорости роста вещества. При медленном увеличении и однородности материала кристаллы имеют правильный срез. На средней скорости срез не выражен. При высокой скорости кристаллизации растут поликристаллы, состоящие из множества монокристаллов.
Классическими примерами монокристаллов являются алмаз, кварц, топаз. В электронике особое значение имеют монокристаллы, обладающие свойствами полупроводников и диэлектриков. Монокристаллические сплавы характеризуются повышенной твердостью. Сверхчистые монокристаллы обладают одинаковыми свойствами независимо от происхождения. Химический состав минералов зависит от скорости выращивания. Чем медленнее растет кристалл, тем совершеннее его состав.
Монокристаллы и поликристаллы характеризуются высоким молекулярным взаимодействием. Поликристалл состоит из множества монокристаллов и имеет неправильную форму. Их иногда называют кристаллитами. Они появляются в результате естественного роста или выращиваются искусственно. Поликристаллами могут быть сплавы, металлы, керамика. Основные характеристики состоят из свойств монокристаллов, но размеры зерен, расстояние между ними и границы зерен имеют большое значение. При наличии границ физические параметры поликристаллов существенно меняются, прочность снижается.
Поликристаллы образуются в результате кристаллизации, изменений в кристаллических порошках. Эти минералы менее стабильны, чем монокристаллы, что приводит к неравномерному росту отдельных зерен.
Монокристаллы — это вещества, которые могут существовать одновременно в двух состояниях, которые будут различаться по своим физическим свойствам. Эта особенность называется полиморфизмом.
Более того, вещество в одном состоянии может быть более стабильным, чем другое. Когда условия окружающей среды меняются, ситуация может измениться [10].
Полиморфизм бывает следующих типов [3]:
1. Реконструкция — распад происходит на атомы и молекулы.
2. Деформация — структура изменена. Сжатие или напряжение происходит.
3. Сдвиг — некоторые элементы конструкции меняют свое местоположение.
Свойства кристалла могут меняться при резком изменении состава. Классическим примером полиморфизма является модификация углерода. В одном состоянии это алмаз, в другом — графит, вещества с разными свойствами.
Некоторые формы углеводов превращаются в графит при нагревании. Изменение свойств может происходить без деформации кристаллической решетки. В случае железа замена некоторых компонентов приводит к исчезновению магнитных свойств.
Любой материал, используемый в современных технологиях, обладает окончательной прочностью. Наибольшей прочностью является сплав никеля, хрома и железа. Увеличение прочности металлов позволит улучшить военную и гражданскую технику. Повышенная износостойкость приведет к увеличению срока службы. По этой причине ученые давно изучают прочность монокристаллов.
Чистые монокристаллы представляют собой кристаллы с идеальной кристаллической решеткой, содержащие небольшое количество дефектов. С уменьшением количества дефектов прочность металлов увеличивается в несколько раз. В этом случае плотность металла остается практически неизменной [6].