Анизотропия кристаллов

Даже самая упорядоченная из рассмотренных кристаллических решеток (кубическая) не обладает абсолютной пространственной симметрией. Поэтому и свойства кристаллов (электрические, магнитные, механические, химические) зависят от направления, в котором они рассматриваются. Такую неодинаковость свойств кристалла в разных направлениях называют анизотропией.

Если кристаллическое тело является монокристаллическим, то оно обладает анизотропией свойств. Степень анизотропии может быть значительной. Например, исследования монокристалла меди показали, что предел прочности на растяжение изменяется от 120 до 360 Мпа, а относительное удлинение при растяжении – от 10 до 55%.

Анизотропия кристаллов имеет важное значение, особенно для полупроводникового производства. Анизотропия кристаллических тел проявляется тем сильнее, чем меньше степень симметрии их кристаллической решетки. Если тело является поликристаллическим, то за счет усреднения свойств отдельных кристаллов свойства тела в целом не зависят от направления. Такое состояние называют квазиизотропией. Однако с помощью специальной обработки могут быть получены текстурованные материалы с ориентированным расположением кристаллов, в которых проявляется анизотропия. Эту особенность можно использовать, например, для изготовления текстурованной стали крупнокристаллического строения, ребра кристаллов которой оказываются расположенными параллельно направлению прокатки. При намагничивании магнитные свойства по направлению прокатки стали выше, чем по другим направлениям.

Свойства аморфных тел не зависят от выбранного направления, т.е. аморфные тела изотропны. Например, кристалл кварца, если его расплавить, после охлаждения образует так называемый плавленый кварц, обладающий свойствами, совершенно одинаковыми по всем направлениям и при этом сильно отличающимися от свойств кристаллического кварца.

Полиморфизм (аллотропия). Многие вещества в зависимости от условий кристаллизации могут иметь различные формы кристаллической решетки. Способность вещества иметь различные формы кристаллической решетки называют полиморфизмом или аллотропией. Полиморфные превращения происходят главным образом под влиянием температуры, хотя не исключено влияние и других факторов – изменения давления, наличия посторонних примесей. Сущность полиморфизма состоит в том, что при определенных температурах в твердом веществе возникают новые центры кристаллизации, в процессе роста которых образуется новая решетка.

Различные полиморфные формы вещества называют модификациями и обозначают начальными буквами греческого алфавита (a, b, c, d и т.д.). Полиморфные превращения происходят в кобальте, железе, олове, титане, селене, фосфоре и др.

При изменении кристаллической структуры изменяются и свойства вещества. Наиболее ярким примером полиморфных превращений являются модификации углерода. Графит, имеющий гексагональную кристаллическую решетку, мягкий и хрупкий материал, хорошо проводит электрический ток. Алмаз, кристаллическая решетка которого состоит из двух гранецентрированных кристаллических решеток, сдвинутых относительно друг друга на ¼ постоянной кристаллической решетки, является самым твердым веществом.