СИНТЕТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ

СИНТЕТИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ кристаллы,
выращенные искусственно в лабораторных или заводских условиях. Из общего
числа С. к. ок. 10⁴ относятся к неорганич. веществам. Нек-рые
из них не встречаются в природе. Однако первое место занимают органич.
С. к., 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 неск.
сотен, из к-рых для практич. применения существенное значение имеют только
20 -30 (см. табл.). Объясняется это сложностью процессов кристаллизации
и
технич. трудностями, связанными с необходимостью точного соблюдения режима
выращивания монокристаллов.

Первые попытки синтеза кристаллов,
относящиеся к 16-17 вв., состояли в перекристаллизации воднорастворимых
кристаллич. 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 С. к. В нач. 20 в. синтезом
кристаллов занимались Е. С. Фёдоров и Г. В. Вулъф, к-рые
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, а также рис. 1, 2 на вклейке, табл. XVII (стр.
432-433)] и из расплавов (однокомпонентных и многокомпонентных систем),
под его руководством была создана первая фабрика С. к.

Рис. 1. Синтетические водорастворимые
кристаллы.

С. к. кварца получают в гидротермальных
условиях. Маленькие "затравочные" кристаллы различных кристаллографич.
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. С. к. кварца
массой до 15 кг выращивают в автоклавах в течение многих месяцев,
а особо чистые кристаллы (оптический кварц) растут неск. лет (рис. 3, 4
на вклейке).

Наиболее распространённые
синтетические кристаллы

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 С. к. рубина
из
растворов в расплавах поташа и соды в виде кристалликов тёмно-малинового
цвета. Позже (в кон. 19 в.) франц. учёный Вернейль изобрёл спец. аппарат
для получения С. к. рубина, к-рый в дальнейшем был усовершенствован. Порошок
А1поступает 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,
к-рые позволяют получать С. к. рубина в виде стержней диаметром от 20 до
40 мм и дл. до 2 м - для лазеров, нитеводителей, а
также для стёкол космич. приборов. Большую долю С. к. рубина потребляет
часовая пром-сть, но основным потребителем синтетич. рубина является ювелирная
пром-еть. Добавка к А1Ni и др. позволяет получить С. к. различной окраски, имитирующие окраску
сапфиров,
топазов, аквамаринов (рис. 5, 6 на вклейке) и др. природных драгоценных
камней.

С. к. алмаза были
получены в 50-х гг. из порошка графита, смешанного с Ni. Смесь прессуется
в виде небольших (2 -3 см) дисков, к-рые затем нагреваются до темп-ры
2000-3000 ⁰С при давлении в 100-200 тыс. am. В этих условиях
графит превращается в алмаз. Величина С. к. алмаза порядка десятых долей
мм.
В
особых условиях удаётся получить С. к. алмаза до 2-3 мм.
В СССР
создана алмазная пром-сть для нужд гл. обр. буровой техники. С. к. алмазов,
конкурирующие с природными ювелирными образцами, пока получены в небольших
количествах.

Начиная с 50-х гг. развивается
пром-сть органич. С. к.- нафталина, стильбена, толана, антрацена
и
др., применяющихся в сцинтилляционных устройствах (см., напр., Сцинтилляционный
счётчик). Синтез этих кристаллов осуществляется в основном методом
Чохральского. По размерам эти С. к. 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 дл. 30
- 50 см.

В лабораторных условиях из
растворов расплавов выращивают С. к. феррогранатов и изумрудов. Однако
пром. развития эти методы ещё не получили. Развиваются исследования, связанные
с пром. выпуском синтетич. драгоценных камней на основе алюмоиттриевых
гранатов (гранатиты) (рис. 2) и двуокисей циркония и гафния (ф и а н и
т ы). Это - С. к. с широкой гаммой окраски, имитирующие изумруды, топазы
и алмазы за счёт большого преломления света.

Рис. 2. Вверху - синтетические
кристаллы феррогранатов; внизу - изделия из алюмогранатов.

Лит.: Федоров Е. С.,
Процесс кристаллизации, "Природа", 1915, декабрь; В у л ь ф 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; МильвидскийМ.
Г., Освенский В. Б., Получение совершенных монокристаллов полупроводников
при кристаллизации из расплава, там же, ч. 2, с. 50; Б а г д а с а р о
в X. С., Проблемы синтеза крупных тугоплавких оптических монокристаллов,
там же, ч. 2, с. 6; Т и м о ф е е в а 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., Г е н-делев С. III., Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике,
М., 1975.

В. А. Тимофеева.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я