Выращивание кристаллов


В лабораториях кристаллы выращивают из растворов, из расплавов, из паров и из твердых веществ. Для этого есть много остроумных способов, сложных приборов и установок. Рост больших очень однородных и чистых кристаллов длится иногда месяцами.

Искусственные кристаллы ничем не отличаются по своим свойствам от естественных кристаллов. В специально оборудованных лабораториях — настоящих фабриках кристаллов — выращивают, например, большие совершенно чистые кристаллы виннокислого калия-натрия (сегнетовой соли), дигидрофосфата аммония и других веществ, кристаллы которых имеют широкое применение в радиотехнике. Целые цехи заводов заняты выращиванием искусственных кристаллов каменной соли, хлористого калия, фтористого лития и других веществ, применяющихся в оптической промышленности. В электрических печах из расплавов выращивают большие кристаллы металлов — свинца, олова, никеля, сурьмы, меди, висмута, цинка и т. п.

Кристалл квасцов, выращенный искусственно
Кристалл квасцов, выращенный искусственно

Всем известны вишнево-красные рубины и васильково-синие сапфиры, самые дорогие из драгоценных камней после алмаза и изумруда. Хотя по виду они совсем различны, но это один и тот же минерал — корунд. Химический состав рубина и сапфира и их физические свойства одинаковы, различие только в цвете, который зависит от ничтожных химических примесей. Корунд — это один из самых твердых минералов: по твердости он уступает только алмазу. Поэтому его ценят не только как камень для украшений, но главным образом как материал для тех частей точных приборов, которые не должны быстро стираться, стачиваться.

Граненые красные камешки можно, например, увидеть в механизме наших советских часов «Звезда» и «Победа». Это — искусственные кристаллы рубина, выращенные на советских заводах. Но не только в лабораториях выращиваются кристаллы. Ведь все металлы— кристаллы. Значит, везде на заводах, где идет плавка и литье металла, происходит рост кристаллов. Застывание расплавленного металла — это рост твердых кристаллов металла. Но как пойдет процесс роста? Откуда начнут расти кристаллы — со дна, со стенок или из центра? Какими вырастут кристаллы — крупными или мелкими? От этого зависят свойства металла, а поэтому все эти процессы тщательно изучаются.

Процесс застывания металла, особенно сплава нескольких металлов, не менее сложен, чем процесс кристаллизации магмы. При остывании сплава, так же как и при кристаллизации магмы, происходит разделение вещества, выпадают сначала те кристаллы, у которых выше температура плавления. Если дать металлу остывать медленно, поочередно выпадают все кристаллы. Если резко охладить нагретый металл (например, бросить еще не остывший слиток в ледяную воду), рост кристаллов затормозится, структура металла будет уже иной. Этот способ кристаллизации — так называемая закалка металла — широко применяется в технике, потому что закаленный металл гораздо тверже, чем незакаленный.

Зная законы кристаллизации и свойства кристаллов, мы управляем литьем и обработкой металла.