Синтетические кристаллы

Определение "Синтетические кристаллы" в Большой Советской Энциклопедии

Изделия из алюмогранатов

Синтетические кристаллы, кристаллы, выращенные искусственно в лабораторных или заводских условиях. Из общего числа Синтетические кристаллы около 10⁴ относятся к неорганическим веществам. Некоторые из них не встречаются в природе. Однако первое место занимают органические Синтетические кристаллы, насчитывающие сотни тысяч разнообразных составов и вообще не встречающиеся в природе. С другой стороны, из 3000 кристаллов, составляющих многообразие природных минералов, искусственно удаётся выращивать только несколько сотен, из которых для практического применения существенное значение имеют только 20-30 (см. табл.). Объясняется это сложностью процессов кристаллизации и техническими трудностями, связанными с необходимостью точного соблюдения режима выращивания монокристаллов.

Синтетические водорастворимые кристаллы

  Первые попытки синтеза кристаллов, относящиеся к 16-17 вв., состояли в перекристаллизации воднорастворимых кристаллических веществ, встречающихся в виде кристаллов в природе (сульфаты, галогениды). После расшифровки состава природных минералов появились попытки синтеза минералов из порошков с использованием техники обжига. Этим методом были получены мелкие Синтетические кристаллы В начале 20 в. синтезом кристаллов занимались Е. С. Федоров и Г. В. Вульф, которые исследовали условия кристаллизации воднорастворимых соединений и усовершенствовали аппаратуру. В дальнейшем А. В. Шубников разработал общие принципы образования кристаллов из водных растворов [сегнетова соль, дигидрофосфат калия и др., см. рис. 1, 3, 4] и из расплавов (однокомпонентных и многокомпонентных систем), под его руководством была создана первая фабрика Синтетические кристаллы

Синтетические кристаллы. Аквамарин

Синтетические кристаллы кварца получают в гидротермальных условиях. Маленькие «затравочные» кристаллы различных кристаллографических направлений вырезаются из природных кристаллов кварца. Хотя кварц широко распространён в природе, однако его природные запасы не покрывают нужд техники, кроме того, природный кварц содержит много примесей. Синтетические кристаллы кварца массой до 15 кг выращивают в автоклавах в течение многих месяцев, а особо чистые кристаллы (оптический кварц) растут несколько лет (рис. 5, 6).

  Наиболее распространённые синтетические кристаллы<

Название	Химическая формула	Методы выращивания	Средняя величина кристаллов	Области применения
Кварц	SiO2	Гидротермаль- ный	От 1 до 15 кг, 300´200´150 мм	Пьезоэлектрические преобразователи, ювелирные изделия, оптические приборы
Корунд	Al2O3	Методы Вернейля и Чохральского, зонная плавка	Стержни диаметром 20-40 мм, длиной до 2 м, пластинки 200´300´30 мм	Приборостроение, часовая промышленность, ювелирные изделия
Германий	Ge	Метод Чохральского	От 100 г до 10 кг, цилиндры 200 мм ´ 500 мм	Полупроводниковые приборы
Кремний	Si	То же	То же	То же
Галогениды	KCl, NaCl	То же	От 1 до 25 кг, 100´100´600	Сцинтилляторы
Сегнетова соль	KNaC4H4O6´4H2O	Кристаллизация из растворов	От 1 до 40 кг, 500´500´300 мм	Пьезоэлементы
Дигидрофосфат калия	KH2PO4	То же	От 1 до 40 кг, 500´500´300 мм	То же
Алюмоиттрие- вый гранат	Y3Al5O12	Метод Чохральского, зонная плавка	40´40´150 мм 30´200´150 мм	Лазеры, ювелирные изделия
Иттриево-же- лезистый гранат	Y3Fe5O12	Кристаллизация из растворов-расплавов	30´30´30 мм	Радиоакустическая промышленность, электроника
Гадолиний- галлиевый гранат	Gd3Ga5O12	Метод Чохральского	20´30´100 мм	Подложки для магнитных плёнок
Алмаз	C	Кристаллизация при сверхвысоких давлениях	От 0,1 до 3 мм	Абразивная промышленность
Ниобат лития	LiNbO3	Метод Чохральского	10´10´100 мм	Пьезо- и сегнетоэлементы
Нафталин	C10H8	Метод Киропулоса	Блоки в несколько кг	Сцинтилляционные приборы
Бифталат калия	C8H5O4K	Кристаллизация из водных растворов	40´100´100 мм	Рентгеновские анализаторы, нелинейная оптика
Кальцит	CaCO3	Гидротермальный	10´30´30 мм	Оптические приборы
Сульфид кадмия	CdS	Рост из газовой фазы	Стержни 20´20´100 мм	Полупроводниковые приборы
Сульфид цинка	ZnS	То же	Стержни 20´20´100 мм	Синтетические кристаллы. Дигидрофосфат калия
Арсенид галлия	GaAs	Газотранспорт- ные реакции	Стержни 20´20´100 мм	Синтетические кристаллы. Кварц
Фосфид галлия	GaP	То же	То же	То же
Молибдаты редкоземельных элементов	Y2(MoO4)3	Комбинирован- ный метод Чохральского	10´10´100 мм	Лазеры
Двуокись циркония	ZrO2	Высокочастот- ный нагрев в холодном контейнере	Блоки около 2 кг, столбчатые кристаллы 100´10´50 мм	Ювелирные изделия
Двуокись гафния	HfO2	То же	То же	То же
Вольфрамат кальция	CaWO4	То же	10´10´100 мм	Лазеры
Алюминат иттрия	IAlO3	Метод Чохральского	10´10´100 мм	То же
Алюминий (трубы разных сечений)	Al	Метод Степанова	Длина 103 мм, диаметр 3-200 мм	Металлургия

  Мир геометрически правильных кристаллов связан в сознании людей с миром драгоценных и поделочных камней. Поэтому усилия многих учёных были направлены на синтез алмаза, рубина, аквамарина, сапфира и др. В начале века были получены Синтетические кристаллы рубина из растворов в расплавах поташа и соды в виде кристалликов темно-малинового цвета. Позже (в конце 19 в.) французский учёный Вернейль изобрёл специальный аппарат для получения Синтетические кристаллы рубина, который в дальнейшем был усовершенствован. Порошок Al₂O₃ с добавкой нескольких % Cr₂O₃ непрерывно поступает в зону печи, где происходит горение водорода в кислороде. Капли расплавленной массы попадают затем на более холодный участок затравки и тотчас же кристаллизуются. В СССР работают аппараты системы С. К. Попова, которые позволяют получать Синтетические кристаллы рубина в виде стержней диаметром от 20 до 40 мм и Длина до 2 м - для лазеров, нитеводителей, а также для стекол космических приборов. Большую долю Синтетические кристаллы рубина потребляет часовая промышленность, но основным потребителем синтетического рубина является ювелирная промышленность. Добавка к Al₂O₃ примесей солей Ti, Со, Ni и других позволяет получить Синтетические кристаллы различной окраски, имитирующие окраску сапфиров, топазов, аквамаринов (рис. 7, 8) и других природных драгоценных камней.

Синтетические кристаллы. Кварц

Синтетические кристаллы алмаза были получены в 50-х гг. из порошка графита, смешанного с Ni. Смесь прессуется в виде небольших (2-3 см) дисков, которые затем нагреваются до температуры 2000-3000 °С при давлении в 100-200 тыс. am. В этих условиях графит превращается в алмаз. Величина Синтетические кристаллы алмаза порядка десятых долей мм. В особых условиях удаётся получить Синтетические кристаллы алмаза до 2-3 мм. В СССР создана алмазная промышленность для нужд главным образом буровой техники. Синтетические кристаллы алмазов, конкурирующие с природными ювелирными образцами, пока получены в небольших количествах.

Синтетические кристаллы. Рубин

Начиная с 50-х гг. развивается промышленность органических Синтетические кристаллы - нафталина, стильбена, толана, антрацена и др., применяющихся в сцинтилляционных устройствах (см., например, Сцинтилляционный счётчик). Синтез этих кристаллов осуществляется в основном методом Чохральского. По размерам эти Синтетические кристаллы соперничают с крупными неорганическими (воднорастворимыми) кристаллами. Наиболее применяемые полупроводниковые кристаллы (Ge, Si, Ga, As и др.) в природе не встречаются. Все они выращиваются из расплавов в виде цилиндров диаметром от 10 до 20 см и Длина 30-50 см.

Синтетические кристаллы. Сегнетова соль

  В лабораторных условиях из растворов расплавов выращивают Синтетические кристаллы феррогранатов и изумрудов. Однако промышленного развития эти методы ещё не получили. Развиваются исследования, связанные с промышленным выпуском синтетических драгоценных камней на основе алюмоиттриевых гранатов (гранатиты) (рис. 2а, 2б) и двуокисей циркония и гафния (фианиты). Это - Синтетические кристаллы с окраски, имитирующие изумруды, топазы и алмазы за счёт большого широкой гаммой преломления света.

Синтетические кристаллы феррогранатов

Лит.: Федоров Е. С., Процесс кристаллизации, «Природа», 1915, декабрь; Вульф Г. В., Кристаллы, их образование, вид и строение, М., 1917; Шубников А. В., Как растут кристаллы, М. - Л., 1935; Аншелес О. М., Татарский В. Б., Штернберг А. А., Скоростное выращивание однородных кристаллов из растворов, [Л.], 1945; Попов С. К., Новый производственный метод выращивания кристаллов корунда, «Изв. АН СССР. Серия физическая», 1946, т. 10,№5-6; Штернберг А. А., Кристаллы в природе и технике, М., 1961; Условия роста и реальная структура кварца, в кн.: IV Всесоюзное совещание по росту кристаллов, Ер., 1972, ч. 2, с. 186; Мильвидский М. Г., Освенский В. Б., Получение совершенных монокристаллов полупроводников при кристаллизации из расплава, там же, ч. 2, с. 50; Багдасаров Х. С., Проблемы синтеза крупных тугоплавких оптических монокристаллов, там же, ч. 2, с. 6; Тимофеева В. А., Дохновский И. Б., Выращивание иттриево-железистых гранатов из растворов - расплавов на точечных затравках в динамическом режиме, «Кристаллография», 1971, т. 16, в. 3, с. 616; Яковлев Ю. М., Генделев С. Ш., Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике, М., 1975.
  В. А. Тимофеева.

"БСЭ" >> "С" >> "СИ" >> "СИН" >> "СИНТ"

Статья про "Синтетические кристаллы" в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 838 раз