6.2. Физикохимические основы создания керамики.

Для описания периодичности в расположении материальных частиц кристаллических фаз вводится понятие «кристаллическая решетка».

Большинство неорганических соединений подчиняются правилу валентности, что дает основание считать их построенными из ионов.

Для кристаллического состояния вещества характерно наличие полиморфизма и изоморфизма. Полиморфизмом называется способность вещества одного и того же состава существовать в зависимости от внешних условий в нескольких кристаллических формах (полиморфных модификациях, например углерод и алмаз) с различной структурой. Полиморфизм широко распространен в природе и является одним из характерных свойств кристаллических веществ. Полиморфные модификации, отличаясь внутренней структурой, имеют в связи с этим и различные свойства.

Характерным структурным признаком кристаллических веществ является периодическое упорядоченное расположение ионов, атомов, молекул в пространстве. Если строение кристалла является полностью упорядоченным и строго закономерным, то такой кристалл можно назвать идеальным, или совершенным. Идеальные кристаллы можно представить себе только теоретически. На основе представлений о том, что ионы и атомы расположены в кристалле совершенно упорядоченно, нельзя объяснить многие хорошо известные физические и химические явления, наблюдаемые в твердых телах. Это связано с тем, что в реальных кристаллах всегда имеются различные отклонения от идеального совершенного строения их решетки, обусловленные различными причинами, в частности условиями образования реальных кристаллов. Эти несовершенства и отклонения от идеально правильного строения решетки называются дефектами кристаллической решетки.

Следует подчеркнуть, что наличие дефектов в решетке оказывает очень большое, а часто решающее влияние на свойства кристаллических веществ. Ряд важнейших свойств последних обусловлен не столько химической природой или структурой вещества, а наличием в структуре дефектов. К таким свойствам относятся, например, прочность, пластичность, проводимость, диффузия в твердых телах, рост кристаллов, окраска, люминесценция и т.д. Поэтому для понимания свойств кристаллических веществ, необходимо иметь представление о возможном характере дефектов, условиях их образования и влиянии, которое они оказывают на различные свойства кристаллов. Существуют различные типы дефектов.

Даже увеличение амплитуды колебания ионов или атомов в решетке относительно равновесной точки их покоя при повышении температуры можно рассматривать как дефект решетки.

Кроме дефектов тонкой структуры (микродефектов), т.е. несовершенств, присущих самой решетке кристаллов, существуют также дефекты грубой структуры (макродефекты). К ним относятся двухмерные или поверхностные дефекты (границы зерен, межфазные границы, поверхность кристаллов), а также трехмерные или объемные дефекты (пустоты, включения другой фазы и т.д.). К двухмерным дефектам относится, например, так называемая мозаичная структура кристаллов. Большинство монокристаллов состоят из отдельных правильных блоков размером порядка 10 ─10⁴ нм, причем эти блоки расположены по отношению друг к другу разориентированно с малым отклонением осей (от нескольких угловых секунд до нескольких угловых минут), часто с мельчайшими щелями. Такая структура напоминает неупорядоченную мозаику (рис. 6.3), откуда и происходит ее название.

Приведенные в классификации дефекты тонкой структуры являются микродефектами, т.е. несовершенствами, присущими структуре самих блоков, из которых слагается мозаичная макроструктура монокристаллов. Рассмотрение этих дефектов начнем с точечных дефектов, т.е. дефектов, локализованных в первом приближении вокруг определенных точек структуры.

Рис.6.3. Схема мозаичной структуры кристалла