2.1. Кристаллическое состояние

Твердый кристалл представляет собой однородное анизотропное тело. Свободно выросшие кристаллы обладают правильной внешней формой, они имеют плоские грани и прямые ребра. В различных образцах кристаллов одного и того же вещества эти грани могут иметь различный размер, но углы между гранями не меняются. Число различных граней в кристалле данного вида неве­лико.

Кристаллы обычно разрушаются по определенным плоскостям, называемым плоскостями спайности. Эти плоскости могут быть ярко выраженными, как, например, у слюды, но могут и вообще не проявляться, как в случае металлических кристаллов.

Физические и механические свойства кристаллов зависят от направления. Физические свойства кристаллов могут быть различных типов:

• Скалярные свойства (не зависящие от направления). К числу таких свойств относят плотность, теплоемкость, температуру плавления.

• Векторные свойства (характеризуются тензором 1-го ранга). Примером могут служить пироэлектрические свойства (возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических диэлектриков при их нагревании или охлаждении).

• Тензорные свойства. Некоторые физические свойства кристалла харак­теризуются тензорами 2-го ранга. К ним относятся тепловое расширение, маг­нитная восприимчивость, диэлектрическая постоянная, электро- и теплопро­водность, коэффициент диффузии. В общем случае тензор содержит 9 компо­нентов. Распределение физических свойств в полярной диаграмме изображает­ся эллипсоидом.

Пьезоэлектрическне свойства кристаллов описываются тензором 3-го ран­га, а упругие свойства - тензором 4-го ранга (упругие постоянные и упругие модули дают 36 компонент каждого из тензоров упругих постоянных, по 21 компоненте из них - независимые).

Когда хотят подчеркнуть, что рассматривают отдельный, одиночный кристалл, его называют монокристаллом. Как показывают исследования, монокристаллы редко имеют идеальное строение. Обычно они состоят из близко ориентированных блоков. Такое отступление от идеального строения называют мозаичной структурой. Степень мозаичности характеризуется углом максимальной разориентации нормалей к плоскостям кристаллических блоков. Сте­пень мозаичности зависит от вещества и условий роста кристаллов. Естествен­ные кристаллы каменной соли имеют мозаичность 10-15`, кристаллы кальцита - 10-14``. Кристаллы, выращенные из раствора, имеют большую степень моза­ичности, чем кристаллы, выращенные из расплава.

Большинство технических материалов представляет собой скопление бес­порядочно ориентированных мелких кристалликов. Такие скопления называют поликристаллами или кристаллическими агрегатами. Отдельные кристаллики в таких телах называют кристаллитами или зернами. Ввиду беспорядочной ори­ентировки кристаллитов поликристаллы в обычных условиях изотропны. Анизотропия в поликристаллических материалах появляется лишь после механической обработки, ведущей к предпочтительной ориентации кристаллитов - к образованию текстуры. Текстура возникает, например, в металлических поли­кристаллах при холодных прокатке или волочении. Текстурованные материалы обладают различными механическими свойствами по различным направлени­ям.

Исследования показывают, что подавляющее большинство тел является яв­но или скрыто кристаллическими. Аморфные твердые тела представляют собой переохлажденные жидкости, при определенных условиях переходящие в кристаллическое состояние. Таким образом, можно утверждать, что устойчивым состоянием твердого тела является кристаллическое.