Я ничего не знаю о кристаллах, хотя я знаю немного больше о реактивных турбинных двигателях, и я точно знаю, что вы не хотите, чтобы лопасть вентилятора ударялась о корпус вентилятора.
Причина, приведенная в документальном фильме о производстве лопаток реактивных турбин, который я смотрел, казалась правдоподобной. Это монокристалл, потому что вы хотите уменьшить расширение из-за тепла, и монокристаллы, по-видимому, могут этого достичь.
Может ли кто-нибудь кратко объяснить, как монокристаллы избегают расширения из-за тепла по сравнению с многокристаллическими материалами.
Кроме того, как образуются монокристаллы?
В Википедии есть краткая заметка «Монокристаллы».
Еще одним применением монокристаллических твердых тел является материаловедение при производстве высокопрочных материалов с низкой термической ползучести, таких как лопатки турбин. Здесь отсутствие границ зерен фактически приводит к снижению предела текучести, но, что более важно, уменьшает величину ползучести, которая имеет решающее значение для высокотемпературных деталей с жесткими допусками.
Ладно, признаюсь, я ничего не знаю о реактивных турбинах, но кое-что знаю о кристаллах. Занятые узлы решетки монокристалла взаимодействуют с хорошим перекрытием атомных орбиталей. Если у вас есть металл с d-блоком, то вы получаете стандартные взаимодействия dd и dp, как и предсказывает модели жесткой связи и Хаббарда.
Границы зерен – это границы между монокристаллами. Они возникают из-за наличия какого-то дефекта (вставить длинное обсуждение дефектов и их последствий?). Силы притяжения между границами зерен не так сильны, как в монокристалле в целом, они часто являются точками излома материала. Это связано с плохим перекрытием атомных орбиталей. Чем больше перекрытие атомных орбиталей, тем больше ковалентный вклад в связывание (общий результат уравнения Клопмана-Салема).
Когда вы нагреваете твердое тело, атомы смещаются из узлов решетки. При больших усилиях это смещение мало. С более слабыми силами вы получаете гораздо больше «тряски». Чем больше колебаний относительно равновесной конформации, тем больше расширяется твердое тело.
Следовательно, чем больше границ зерен, тем больше тепловое расширение. Я бы предположил, что именно это и происходит в данном случае, но, как я уже сказал, я ничего не знаю о реактивных турбинах!
Монокристаллы выращивают в лаборатории. Я помню, как целую вечность ждал в своих студенческих лабораториях органической химии, ожидая, пока мой раствор выкристаллизуется, затем мне стало скучно, и я разбил его!
В общем, мы имеем маленькую наночастицу в растворе. Это разовьет лица. Частицы будут осаждаться на гранях и растить кристалл в соответствии с симметрией исходной частицы. Вот почему мы говорим о грани (111) кристалла и т. д. Разные кристаллы имеют разную симметрию и, следовательно, разную структуру.
Если вы не будете терпеливы при выращивании кристаллов, вы получите порошки!
Монокристаллические лопатки реактивной турбины выращиваются существенно иначе, чем большинство кристаллов. В следующей статье приводится подробная информация о некоторых используемых процессах НИОКР и крупномасштабного производства.
http://www.tms.org/superalloys/10.7449/1980/superalloys_1980_205_214.pdf
Я не уверен, что тепловое расширение поликристаллов намного больше, чем монокристаллов ( http://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/14/Jresv14n5p523_A1b.pdf , рис. 13). В статье в Википедии, которую вы цитируете, говорится, что монокристаллы имеют более высокую прочность при ползучести при высоких температурах, поэтому они могут обеспечить более высокий КПД турбины.
Эрни