Кристаллическая структура алмаза

Рентгеноструктурные исследования показывают, что кристаллическая структура алмаза и графита весьма различна. В алмазе каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, четыре вершины которого образованы соседними атомами углерода. Связи между атомами алмаза очень крепки, чем и объясняется его большая твердость. В графите атомы углерода расположены в вершинах шестиугольников, образующих параллельные плоскости, связь между которыми довольно слабая. Графит очень мягок и кристаллизуется в виде маленьких пластинок, легко скользящих друг относительно друга, или в виде массы с не вполне ясной структурой. [c.239]

Весьма впечатляющими являются расчеты, относящиеся к кремнию. Вычисления действительно показывают, что среди шести кристаллических структур (алмаз, гексагональный алмаз, р-олово, г.ц, к., о. ц. к. и г,п.у.), на которые приходится 90% всех существующих одноэлементных твердых тел наиболее устойчивой при нулевой температуре и в отсутствие внешнего давления является решетка алмаза. Энергия атома в этой устойчивой структуре лишь примерно на 20 мэВ меньше, чем в гексагональной [c.189]

Кремний и германий относятся к алмазоподобным полупроводникам, так как они имеют кристаллическую структуру алмаза. Это куб, в вершинах и в центрах граней которого расположены атомы углерода. Кроме того, атомы углерода находятся в центрах четырех (из восьми) малых кубов (октантов), на которые делится большой куб (рис. 58). [c.96]

Рис. 1.29. Изображение кристаллической структуры алмаза, показывающее тетраэдрическое расположение связей

Структурный фактор алмаза. Кристаллическая структура алмаза опн- сана в гл. 1. Если элементарной ячейкой является обычный куб, то базис содержит восемь атомов. [c.107]

Вторая зонная структура, которую мы рассмотрим, принадлежит германию — типичному полупроводнику. Германий имеет кристаллическую структуру алмаза — гранецентрированную кубическую решетку с двумя одинаковыми атомами в каждой примитивной ячейке. Таким образом, зона Бриллюэна, линии и точки симметрии остаются теми же, что и раньше. Зонная структура германия показана на фиг. 29. В противоположность алюминию энергетические щели между зонами здесь довольно велики. Снова энергия в первой зоне начинает возрастать из точки Г, сильно напоминая параболу для свободных электронов, но искажения теперь значительно более сильные. Зоны в алмазе и кремнии очень похожи на зоны в германии. [c.107]

Рис. 5. Кристаллическая структура алмаза, из которой видно, что каждый атом имеет четырех ближайших соседей, располагающихся иа одинаковых расстоя-ииях от данного атома

К ковалентным кристаллам относят твердые тела, кристаллическая структура которых образована за счет ковалентной связи. Типичными представителями кристаллов с чисто ковалентной связью являются алмаз, кремний, германий, серое олово, которые построены по типу структуры алмаза (см. рис. 1.28). [c.75]

В зависимости от кристаллической структуры один и тот же элемент может быть либо металлом, либо полупроводником, либо диэлектриком. Например, известно, что белое олово—металл, а серое—полупроводник, углерод в виде алмаза—диэлектрик, а в виде графита он проявляет металлические свойства. [c.84]

Зона Бриллюэна есть своеобразный геометрический образ форма ее зависит только от кристаллической структуры решетки, а не от природы действующих в ней сил. Так как обратная решетка, а следовательно, и зона Бриллюэна определяются только основными векторами прямой решетки, то зона Бриллюэна одна и та же как для простых, так и для базисных решеток одной сингонии (например, для простой гранецентрированной решетки и для решетки типа алмаза). В случае простой кубической решетки зона Бриллюэна представляет собой куб (рис. 27). [c.65]

Рнс. 3. Кристаллические структуры элементов, образованные по правилу 8—A/S а — алмаза — элемент 1VB подгруппы б — сурьма — элемент VB подгруппы [c.9]

III группы — алюминия, галлия, индия с элементами V группы — фосфором, мышьяком и сурьмой. Все эти соединения обладают кристаллической структурой цинковой обманки ZnS, подобной структуре алмаза. Несмотря на сходство с германием в области кристаллического строения, имеется существенное отличие в химической связи. Для образования четырех парных связей атома индия с другими атомами не- [c.193]

Благодаря развитию современных методов испытания оказалось возможным определять твердость любых металлов, сплавов, ковалентных и ионных кристаллов, включая самые хрупкие и твердые вещества (такие, как кремний, карбид бора, алмаз и др.). Громадная информация по твердости, во много раз превосходящая данные по другим механическим свойствам веществ, особенно малопластичных, способствовала выяснению влияния типа кристаллической структуры, электронного строения и типа межатомной связи на твердость, представляющую обобщенную характеристику сопротивления материала пластической деформации. [c.22]

На рис. 6-5 представлена р. Г-диаграмма углерода. Как известно, твердый углерод имеет две кристаллические модификации — графит и алмаз, резко отличающиеся по своим физическим свойствам. Из рис. 6-5 видно, что при обычных условиях (атмосферное давление) устойчивой модификацией является графит алмаз же при обычных условиях находится в метастабильном состоянии и сравнительно легко превращается в графит при высоких температурах, при обычных же температурах процесс превращения алмаза в графит идет с совершенно ничтожной скоростью, так что практически алмаз сохраняет свою кристаллическую структуру сколь угодно долго. [c.164]

Кристаллическая структура металлов и сплавов может быть в известной мере объяснена на основании оценки величины электронной концентрации (числа валентных электронов, отнесенных к числу атомов, образующих структуру). На это, в частности, обратил внимание Юм-Розери [12], который отметил, что большая часть структур в подгруппах В следует правилу 8 — N, когда каждый атом имеет 8 — N ближайших соседей М — номер группы). Эти представления были развиты Энгелем [13]. Он предположил, что металлические решетки г. д. к., г. п. у., о. ц. к. возникают при наличии 3, 2 и 1 наружных связывающих электронов (5, р). Эмпирически было замечено, что для устойчивости о. ц. к. решетки необходимо иметь 1—1,75 электрона на атом, г. п. у. решетки 1,75—2,25, г. д. к. 2,25—3. При дальнейшем увеличении числа электронов (до четырех) возникает решетка алмаза. Важно подчеркнуть, что, согласно Энгелю, структуру определяют 5- и /7-электроны, но не -электроны, хотя от последних существенно зависит величина энергии связи. Эта точка зрения получила довольно. широкое распространение [5], и мы рассмотрим, исходя из нее, структуру различных элементов периодической системы. [c.39]

У металлов наиболее распространены решетки, отличающиеся высокой компактностью I- и Г-решетки кубической сингонии (о. ц. к. и г. ц. к.), а также гексагональная компактная решетки (гекс. к) — рис. 5.3. В табл. 5.3 наряду с кристаллическими структурами атомного характера, в которых каждому узлу решетки Бравэ соответствует один атом (ион), включены две кристаллические структуры — кубическая типа алмаза и гексагональная компактная, которые приводятся к решеткам Бравэ, если узлы взять в центрах тяжести пары соседних атомов. [c.98]

Ковалентная связь характеризуется направленностью. Вследствие этого атомы в ковалентных кристаллах укладываются некомпактно и образуют кристаллические структуры с небольшим координационным числом. Так, ГЦК решетка алмаза имеет координационное число 4 (К4). [c.18]

Механизм передачи теплоты в первую очередь определяется типом связи в металлах теплоту переносят электроны в материалах с ковалентным или ионным типом связи — фононы. Самым теплопроводным является алмаз. В полупроводниках при весьма незначительной концентрации носителей заряда теплопроводность осуш ествляется в основном фононами. Чем совершеннее кристаллы, тем выше их теплопроводность. Монокристаллы лучше проводят теплоту, чем поликристаллы, так как границы зерен и другие дефекты кристаллической структуры рассеивают фононы и увеличивают электросопротивление. [c.63]

Диэлектрики и полупроводники качественно подобны и те и другие имеют энергетическую щель в спектре электронных состояний. Однако в полупроводниках эта щель (запрещенная зона) гораздо меньше. Поэтому проводимость полупроводников заключена в широком интервале, разделяющем проводимость металлов и диэлектриков. Например, для кремния при 300 К а=5-10 См/м, а для германия а=2,5 См/м, что в 10 —10 раз превышает проводимость диэлектриков и в то же время в 10 —10 раз уступает проводимости металлов. Зависимость о Т) полупроводников лишь в исключительных случаях и в небольшом температурном интервале может носить металлический характер как правило, и в полупроводниках, и в диэлектриках температурные зависимости проводимости подобны. Ширина энергетической щели в германии равна 0,72 эВ, а в кремнии 1,12 эВ, в то время как в алмазе — диэлектрике е такой же кристаллической структурой — запрещенная зона равна 7 эВ. Таким образом, с точки зрения зонной теории полупроводники принципиально отличаются от металлов наличием энергетической щели, в то время ак между полупроводниками и диэлектриками есть только количественное отличие. Считается, что при Д < 2—3 эВ кристалл можно отнести к полупроводникам, а при больших — к диэлектрикам. [c.16]

Примеси алмаза в значительной степени изменяют флуоресценцию, возникающую под действием ультрафиолетовых лучей, а также поглощение инфракрасных и ультрафиолетовых лучей. При рентгенографических исследованиях было установлено, что примеси вызывают небольшие, но вполне определенные изменения расстояния между двумя соседними атомами кристалла, достигающие, согласно полученным данным, 1,54465 — 1,54443 А. Наконец, твердость алмаза, безусловно зависящая от кристаллической структуры и определяющая его промышленное значение, также часто меняется с изменением окраски. [c.242]

Свойства рассматриваемых легкоплавких припоев во многом зависят от свойств одной из основных фаз — твердого раствора олова. Олово имеет две полиморфные модификации 1) белое р с тетрагональной кристаллической структурой, устойчивой до 13,2° С, с плотностью 7280 /сГ/ж (7,28 г/сж ) 2) серое а с кубической структурой типа алмаза, образующееся при низких температурах, с плотностью 5800 кГ/л (5,82 см ). Превращение белого олова в серое происходит с выделением тепла и сопровождается большим изменением объема, что вызывает его разрушение и образование серого порошка ( оловянная чума ). Полиморфное превращение р а в олове может быть легко заторможено в противоположность полиморфным превращениям во многих других металлах. Скорость превращения белого олова в серое при температуре 13,2° С, благодаря способности его к переохлаждению, мала она максимальна при минус 30— 50° С [53, 124, 212] и уменьшается при дальнейшем снижении температуры. [c.183]

Синтетические алмазы (видимо, из-за наличия на их поверхности твердых карбидных пленок) способны царапать природные алмазы, оказываясь таким образом тверже их. Но по абразивной способности синтетические алмазы значительно уступают природным, так как обладают дефектной кристаллической структурой. В связи с этим абразивная способность у синтетических алмазов в 1,4—4,4 раза ниже, чем у африканских природных алмазов. [c.156]

Структура кристаллической решетки алмаза кубическая. Число атомов в элементарной ячейке — 8, со средним расстоянием между атомами С — С,равным 1,542 А. [c.239]

Полупроводниковые кристаллические соединения типа А " В представляют собой химические соединения, образующиеся при взаимодействии элементов В и В подгрупп периодической системы элементов Менделеева. Эти соединения характеризуются наличием у А на внешних оболочках по 3 валентных электрона в состоянии а у В по 5 электронов в состоянии и, вследствие этого, в химических соединениях А В на каждый атом приходится такое же, как и в элементах IV группы, количество электронов, а отсюда идентичность в кристаллической структуре и электронных свойствах этих соединений с алмазом, кремнием, германием и другими элементами IV группы. Однако в отличие от элементов IV группы, имеющих в кристаллической структуре только гомеополярные связи, соединения типа А В имеют как гомеополярные, [c.249]

Первый случай можно рассмотреть на кристалле германия или кремния, в которых атомы удерживаются за счет ковалентных, или парно-электронных связей с четырьмя другими подобными себе атомами (структура алмаза — см. рис. 13). На рис. 158, а показана кристаллическая решетка кремния, не содержащая инородных примесей. На рис. 158, б изображена решетка кремния с примесью элемента третьей группы — бора, имеющего на внешней орбите три [c.285]

Ковалентная связь характеризуется направленностью, так как каждый атом вступает в обменное взаимодействие электронами с определенным числом соседних атомов. Вследствие этого атомы в ковалентных кристаллах укладываются некомпактно и образуют кристаллические структуры с небольшим координационным числом, например, структуру алмаза (см. табл. 1.3, рис. 1.7). [c.30]

Водные растворы имеют сложное строение. Поведение жидкой воды в них аномально ее свойства, определенные путем интерполяции свойств соседних по периодической таблице гидридов, сильно отличаются от действительных параметров. Например, точки плавления и кипения в соответствии с указанной интерполяцией должны иметь значения —43° и —11° С соответственно. Молекулярное взаимодействие (водородные связи) характеризуется ближним порядком в жидкости, что и отражается в аномальности свойств. В жидкости сохраняются некоторые кристаллические структуры льда, правда, в более плотной форме. В этом отношении вода в данном случае ведет себя подобно алмазу, кремнию и германию, поскольку в каждом из этих случаев жидкость в точке плавления также плотнее, чем твердая фаза. При упрощенном рассмотрении воду можно представить как жидкость, состоящую из двух разновидностей частиц небольших локальных областей, имеющих [c.332]

Синтезированы фуллереновые комплексы с участием фтора, некоторых металлов, водорода и других элементов. Из фуллеренов Сбо и С70 получены конденсированные системы (фуллериды), которые по своему состоянию подобны структуре твердых инертных газов. Показана возможность получения кристаллической структуры алмаза из поликристаллического фуллерена Сбо при давлении на порядок ниже, чем это требуется при превращении графита в [c.213]

Исследования по синтезу органических соединений с участием фуллеренов [8, 9] обнаружили возможность получения легированных фуллеренов (фуллероидов). Синтезированы фуллереновые комплексы с участием фтора, некоторых металлов, водорода и других элементов. Из фуллеренов С о и С о получены конденсированные системы (фуллери-ты), По своему структурному состоянию они подобны структуре твердых инертных газов. Показана возможность получения кристаллической структуры алмаза из поликристаллического фуллерена С о при давлении на порядок ниже, чем это требуется при превращении графита в алмаз (при комнатной температуре). [c.98]

Природные алмазы бывают бесцветные или слабо окрашенные в разные цвета в зависимости от примесей. По окраске, форме и характеру кристаллической структуры алмазы делят на ювелирные и тех1ничеокие. К ювелирным относятся кристаллы алмаза исключи-телыной гарозрачности, хорошей и равномерной окраски, без трещ ин, сколов, включений и других дефектов. Эти алмазы подвергают огранке и. полировке, после чего их называют бриллиантами. [c.24]

Каждому материалу присуща своя структура кристаллической решетки, которая не является чем-то неизменным для данного вещества. Некоторым веществам свойственны несколько устойчивых кристаллических структур, соответствующих различным температурам и давлениям. Такое явление носит название полиморфизма или модификаций. Например, углерод имеет две устойчивые модификации алмаз и графит. Элементарныг ячейки кристалла алмаза [c.129]

Чистый германий обладает металлическим блеском, характеризуется относительно высокой твердостью и хрупкостью. Он кристаллизуется в структуре алмаза, плавится при температуре 937 С. плотность при 25 °С равна 5.33 г/см . В твердом состоянии германий типичный ковалентный кристалл. Кристаллический германий химически устойчив иа воздухе при комнатной температуре. Размельченный в порошок германий при нагревании на воздухе до температуры 700 °С легко образует диоксид германия GeOj. Германий слабо растворим в воде и практически нерастворим в соляной и разбавленной серной кислоте. Активными растворителями германия в нормальных условиях является смесь а,зотной и плавиковой кислот и раствор перекиси водорода. При нагревании германий интенсивно взаимодействует с галогенами, серой и сернокислыми соединениями. [c.284]

В структурах алмаза, кремния, германия и алмазоподобных соединений сильным ковалентным <т-связям вдоль направлений <111> отвечают максимальные значения модулей упругости Еиь Однако, в отличие от металлов, для этого класса материалов наиболее важны не механические, а электрофизические свойства. Определение пoJ y пpoвoдникa трудно представить до рассмотрения электронной зонной теории кристаллических твердых тел. Можно сказать, что полупроводники - это изоляторы, в которых запрещенная зона между состояниями валентных электронов (валентная зона) и электронными состояниями, ответственными за электропроводность (зона проводи.мости), значительно меньше, чем в обычных изоляторах, и может быть преодолена при наличии определенных условий, например, с помощью теплового возбуждения. Поэтому, в отличие от металлов, электропроводность пoJTV пpoвoдникoв растет с температ рой. [c.46]

Авторы [55] с применением потенциала Китинга проанализировали атомные конфигурации, возникающие в кристаллической структуре типа алмаза после введения туда дислокаций с плотностью Ю см-2. Результаты расчета они сопоставили с функцией g(r), полученной для аморфного германия (рис. 3 33). Решетка типа алмаза может быть получена путем наложения двух г. ц. к. решеток. Если удалить атомы одной решетки и осуш,ествить релаксацию с применением мягкого потенциала Морзе, то рассчитанную [c.88]

Известно, что нет в природе материала тверже алмаза [421]. Его структура, отвечающая идеальному сверхтвердому материалу, является моделью неравновесных структур под напряжением VI (максимального) уровня. Алмаз, как и графит, состоит из углерода. Решетка графита может быть перестроена в решетку алмаза путем увода системы далеко от термодинамического равновесия за счет создания градиента температур и напряжений. Это позволяет создавать динамические структуры, отвечающие V уровню неравновесности структуры. Речь идет о формировании в указанных условиях сдвиго-неустойчивых фаз, обеспечивающих деформацию материала за счет сдвига на их границах. Образующиеся при этом аномально высокие диффузионные потоки создают условия для само-организованной перестройки кристаллической решетки. Последнее означает, что получение искусственных алмазов — это создание условий для самоорганизации (а не организации) кристаллических структур. [c.261]

Кроме того, непосредственный анализ дифракционных картин с поверхности исследуемых кристаллов, полученных методом ДМЭ, показал [381 384], что атомы в поверхностных слоях из-за отсутствия сил межатомной связи с одной стороны существенно смещены от своих нормальных положений в кристаллической решетке. При этом на поверхности кристалла образуются сложные двухмерные структуры с иной симметрией решетки, а также с другой плотностью, длиной и типом атомных связей [381—384, 410—412] (рис. 71). Например, Ханеман [410] получил данные об искажении тетраэдрической симметрии, измеряя дифракцию электронов на чистых поверхностях полупроводников со структурой алмаза и цинковой обманки. Интерпретация дифракционных картин показала, что в этом случае верхний слой атомов плоскости (111) имеет постоянную решетки в два ра- [c.127]

Фиг. 6. Кристаллические структуры элементов подгрупп В, образованные по правилу (8 — N). а — иод (VIIB) б — селен (VlB) в — сурьма (VB) г — алмаз IVB).

В заключение отметим еще один основной тип связи, действующий между молекулами, уже образованными ковалентными или ионными связями, и приводящий к кристаллическим структурам с отчетливо сохраняемой химической тождественностью молекул. Примером такой связи служит решетка 8102. Эта молекулярная или, как её называют, ван-дер-ваальсовская связь возникает между нейтральными атомами, находящимися в такой непосредственной близости, что их электронные облака подчинены дальнодействующим силам взаимодействия орбитных электронов соответственно обоих облаков. Возникающие при резонансе электронов соответствующих орбит поляризационные силы понижают общий потенциал пропорционально 1/г и ведут, таким образом, к притяжению атомов или молекул. Эти ван-дер-ваальсовские силы относительно слабы по сравнению с другими силами связи, но все же значительны в некоторых к ристалличе-ских решетках и особенно в случае поверхностных явлений. В газообразном состоянии фтор и хлор связаны ковалентными связями, в твердом же состоянии они удерживаются ван-дер-вааль-совокими силами в виде кристаллической решетки. Невысокая точка кипения галоидов (Рг — 187° С С г — 34,6° С Вгг — 58,78° С) является признаком их слабой связи. Когда ковалентные связи атомов с высокой валентностью распределяются между двумя соседними атомами, образуются очень большие молекулы, которые могут принять форму либо спиральных структур, как в случае селена и серы, либо двухмерных решеток, как у сурьмы. Четырехвалентные атомы ведут к образованию трехмерных решеток, как, например, в случае алмаза, кремния, германия и олова, где каждый атом расположен в центре тетраэдра, а координационное число равно четырем. [c.159]

Кремний и германий являются четырехвалентиыми эле.мента.ми. Они имеют кристаллическую структуру типа алмаза, каждый атом которого имеет четырех ближайших соседей, как это показано на [c.310]

Боразон — кубический нитрид бора (ВК) является отечественным сверхтвердым шлифовальным материалом. Алмазообразная кристаллическая структура дает боразону свойства, близкие к свойствам естественного алмаза (твердость и абразивная способность). Инструменты из боразона применяют для обработки жаропрочных, нержавеющих и других высоколегированных сталей и сплавов аустенитного класса, а также для шлифования, разрезки и доводки деталей из керамики. [c.167]

Направленность межатомных связей и неплотноупакованные кристаллические структуры приводят к низкой пластичности и высокой твердости ковалентных кристаллов, типичными представителями которых являются алмаз (одна из полиморфных модификаций углерода), кремний, германий, серое олово, кварц, карбид кремния, нитрид бора (со структурой алмаза). Большая энергия связи в ковалентных кристаллах приводит к высокой температуре плавления. Заполнение валентных зон при образований ковалентной связи превращает ковалентные кристаллы в полупроводники и даже диэлектрики. [c.30]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...