Krzemjest kryształem atomowym, którego atomy są połączone ze sobą wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc przestrzenną strukturę sieciową. W tej strukturze wiązania kowalencyjne między atomami są bardzo kierunkowe i mają wysoką energię wiązania, co sprawia, że krzem wykazuje wysoką twardość, gdy opiera się siłom zewnętrznym, aby zmienić jego kształt. Na przykład, potrzeba dużej siły zewnętrznej, aby zniszczyć silne wiązanie kowalencyjne między atomami.
Jednakże właśnie regularne i stosunkowo sztywne właściwości strukturalne kryształu atomowego powodują, że gdy jest on poddawany działaniu dużej siły uderzeniowej lub nierównomiernej siły zewnętrznej, sieć wewnątrzkrzemtrudno jest buforować i rozpraszać siłę zewnętrzną poprzez lokalne odkształcenie, ale spowoduje to pękanie wiązań kowalencyjnych wzdłuż niektórych słabych płaszczyzn krystalicznych lub kierunków krystalicznych, co spowoduje pęknięcie całej struktury krystalicznej i wykazanie kruchych cech. W przeciwieństwie do struktur, takich jak kryształy metali, istnieją wiązania jonowe między atomami metalu, które mogą się ślizgać względnie, i mogą polegać na ślizganiu się między warstwami atomowymi, aby dostosować się do sił zewnętrznych, wykazując dobrą ciągliwość i niełatwo rozbić kruchość.
Krzematomy są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Istotą wiązań kowalencyjnych jest silne oddziaływanie utworzone przez wspólne pary elektronów między atomami. Chociaż wiązanie to może zapewnić stabilność i twardośćkryształ krzemustruktura, wiązanie kowalencyjne ma trudności z odzyskaniem swojej pierwotnej struktury po jej zerwaniu. Gdy siła wywierana przez świat zewnętrzny przekroczy granicę, którą wiązanie kowalencyjne może wytrzymać, wiązanie pęknie, a ponieważ nie ma czynników, takich jak swobodnie poruszające się elektrony, jak w metalach, które pomagają naprawić pęknięcie, ponownie ustanowić połączenie lub polegać na delokalizacji elektronów w celu rozproszenia naprężenia, łatwo pęka i nie może utrzymać ogólnej integralności poprzez własne wewnętrzne dostosowania, co powoduje, że krzem jest bardzo kruchy.
W praktycznych zastosowaniach materiały krzemowe często trudno jest zachować w absolutnej czystości i będą zawierać pewne zanieczyszczenia i defekty sieci. Wprowadzenie atomów zanieczyszczeń może zakłócić pierwotnie regularną strukturę sieci krzemowej, powodując zmiany w lokalnej sile wiązania chemicznego i trybie wiązania między atomami, co skutkuje słabymi obszarami w strukturze. Defekty sieci (takie jak wakaty i dyslokacje) staną się również miejscami, w których koncentruje się naprężenie.
Gdy działają siły zewnętrzne, te słabe punkty i punkty koncentracji naprężeń z większym prawdopodobieństwem powodują zerwanie wiązań kowalencyjnych, powodując, że materiał krzemowy zaczyna pękać w tych miejscach, pogarszając swoją kruchość. Nawet jeśli pierwotnie polegał na wiązaniach kowalencyjnych między atomami, aby zbudować strukturę o wyższej twardości, trudno jest uniknąć kruchego pęknięcia pod wpływem sił zewnętrznych.
Czas publikacji: 10-12-2024