Nauka o materiałach - wyklad 2

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis Nauka o Materiałach   Treść wykładu: 1. Wstęp – stan krystaliczny Cz. I 1. Budowa kryształów 2. Budowa kryształów rzeczywistych – defekty Cz. II  1. Otrzymywanie monokryształów: a) Podstawy krystalizacji b) Techniki otrzymywania monokryształów 5. Właściwości monokryształów i ich zastosowanie Nauka o Materiałach   WPROWADZENIE • Stan krystaliczny jest podstawową formą występowania ciał stałych w przyrodzie. Cechą wyróżniającą kryształy jest ich  uporządkowana budowa o periodycznym powtarzaniu się w  przestrzeni elementów fizycznych takich jak atomy, jony czy  cząsteczki. • Jako materiały KRYSZTAŁY mogą występować w formie:  pojedynczych dużych kryształów, drobnych kryształów w formach  zdyspergowanych, włókien, warstw lub związanej z innymi  kryształami w polikryształ Nauka o Materiałach   WPROWADZENIE Budową kryształów i prawami rządzącymi tą budową, zjawiskami i  przemianami zajmuje się KRYSTALOGRAFIA. • W NAUCE O MATERAŁACH interesują nas przede wszystkim te  parametry kryształów które niezbędne są do opisu budowy  materiału łączące się bezpośrednio z właściwościami materiałów i  metodami ich otrzymywania. Celem wykładu jest przybliżenie i uporządkowanie wiadomości o  budowie kryształów, ich właściwościach i podstawach ich  otrzymywania oraz scharakteryzować te materiały, które wytwarza  się i wykorzystuje w formie dużych monokryształów. Nauka o Materiałach BUDOWA KRYSZTAŁÓW Do opisu budowy kryształu należy podać: - związek chemiczny (pierwiastek, wzór cząsteczkowy) - układ krystalograficzny, typ sieci i grupy przestrzennej - typ struktury i położenia atomów (jonów) - parametry komórki elementarnej Struktura diamentu Nauka o Materiałach   BUDOWA KRYSZTAŁÓW RZECZYWISTYCH • W rzeczywistości kryształy mają skończone wymiary i wady  budowy (defekty) • Powstawanie defektów może być uwarunkowane  termodynamicznie (równowaga termodynamiczna) lub wynikać z warunków powstawania kryształów. * Defekty w sposób decydujący mogą wpływać na właściwości  materiałów. * Defekty dzielimy (umownie ) na : - punktowe - liniowe - płaskie Nauka o Materiałach   Defekty punktowe Są to zaburzenia sieci krystalicznej o zasięgu wymiarów atomów  (jonów). Typy defektów na przykładzie struktury MX. a) wakancja (wakans) - brak atomu (jonu) w węźle sieci VX, VM b)  atom (jon) w niewłaściwym położeniu MX, XM c) atomy (jony) w położeniach międzywęzłowych Mi, Xi d) defekty ładunków ( elektrony e- i dziury h.) Nauka o Materiałach W kryształach jonowych konieczne jest zachowanie 

(…)

… ziarn)
- struktury „daszkowe”
- gromadzenie się na granicy zanieczyszczeń
Nauka o Materiałach
OTRZYMYWANIE MONOKRYSZTAŁÓW
Nauka o Materiałach
Elementy krystalizacji
Warunki termodynamiczne
Warunkiem istnienia stabilnej termodynamicznie fazy jest niższa wartość entalpii swobodnej
zaś kierunek przemian jest zgodny z obniżeniem entalpii swobodnej tj. ∆G<0
Nauka o Materiałach
Siła napędowa krystalizacji
Przemiana samorzutna
Wf -
∆G < 0
praca miara samorzutności procesu
W f = -∆G = -∆H + T∆S
ale w temperaturze topnienia
∆H = Tm∆S
stąd
W
f
= -∆H + T(∆H/Tm)
czyli
∆H
(T − Tm )
Wf = −
Tm
przechłodzenie
Nauka o Materiałach
Zarodkowanie
Dla powstania stabilnej nowej fazy krystalicznej w ośrodku konieczne
jest przekroczenie bariery energetycznej dla wytworzenia nowej granicy
międzyfazowej.
∆G n -
Mikroobszary…
… wykorzystujące
zjawiska fizyczne
reakcje chemiczne
* parowania
* sublimacjI
* rozpylania
Prof. S. Jonas
dr R. Mania
prof. A. Kwatera
Nauka o Materiałach
CVD Chemiczna krystalizacja z fazy gazowej
Warstwy osadzane są w wyniku reakcji chemicznej gazowych
reagentów na ogrzanym podłożu
Nauka o Materiałach
Etapy procesu:
1. Transport reagentów nad podłoże (od źródła w strumieniu gazów)
2. Adsorpcja reagentów…
... zobacz całą notatkę