SiliziumSilizium ist ein Atomkristall, dessen Atome durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind und eine räumliche Netzwerkstruktur bilden. In dieser Struktur sind die kovalenten Bindungen zwischen den Atomen stark gerichtet und weisen eine hohe Bindungsenergie auf, wodurch Silizium eine hohe Härte aufweist und äußeren Kräften, die seine Form verändern könnten, widersteht. Beispielsweise ist eine große äußere Kraft erforderlich, um die starke kovalente Bindung zwischen den Atomen zu zerstören.
Es sind jedoch gerade die regelmäßigen und relativ starren Strukturmerkmale seines Atomkristalls, die dazu führen, dass sich das Gitter im Inneren bei Einwirkung einer großen Stoßkraft oder einer ungleichmäßigen äußeren Kraft verformt.SiliziumEs ist schwierig, äußere Kräfte durch lokale Verformung abzufedern und zu verteilen. Stattdessen brechen kovalente Bindungen entlang schwacher Kristallflächen oder -richtungen, was zum Bruch der gesamten Kristallstruktur und damit zu Sprödigkeit führt. Im Gegensatz zu Strukturen wie Metallkristallen existieren ionische Bindungen zwischen Metallatomen, die relativ zueinander gleiten können. Durch diese Gleitbewegung zwischen den Atomlagen können sich Metalle an äußere Kräfte anpassen, weisen eine gute Duktilität auf und brechen nicht so leicht spröde.
SiliziumAtome sind durch kovalente Bindungen verbunden. Das Wesen kovalenter Bindungen liegt in der starken Wechselwirkung, die durch die gemeinsamen Elektronenpaare zwischen Atomen entsteht. Obwohl diese Bindung die Stabilität und Härte des Materials gewährleisten kann, …SiliziumkristallAufgrund seiner Struktur ist es für eine kovalente Bindung schwierig, sich nach dem Bruch wieder zu regenerieren. Überschreitet die von außen einwirkende Kraft die Belastbarkeit der kovalenten Bindung, bricht diese. Da es keine Faktoren wie frei bewegliche Elektronen wie in Metallen gibt, die zur Reparatur des Bruchs, zur Wiederherstellung der Verbindung oder zur Spannungsverteilung durch Elektronendelokalisierung beitragen könnten, ist Silizium sehr spröde und neigt zu Rissen. Es kann seine Integrität nicht durch eigene interne Mechanismen aufrechterhalten.
In der Praxis ist die Reinheit von Siliziummaterialien oft schwer zu erreichen; sie enthalten Verunreinigungen und Gitterdefekte. Der Einbau von Fremdatomen kann die ursprünglich regelmäßige Siliziumgitterstruktur stören und dadurch die lokale chemische Bindungsstärke sowie die Bindungsart zwischen den Atomen verändern. Dies führt zu Schwachstellen in der Struktur. Gitterdefekte (wie Leerstellen und Versetzungen) stellen zudem Bereiche dar, in denen sich Spannungen konzentrieren.
Wenn äußere Kräfte einwirken, begünstigen diese Schwachstellen und Spannungskonzentrationen das Aufbrechen kovalenter Bindungen. Dadurch beginnt das Siliziummaterial an diesen Stellen zu brechen, was seine Sprödigkeit verstärkt. Selbst wenn die Struktur ursprünglich auf kovalenten Bindungen zwischen den Atomen beruhte, um eine höhere Härte zu erzielen, lässt sich ein Sprödbruch unter dem Einfluss äußerer Kräfte kaum vermeiden.
Veröffentlichungsdatum: 10. Dezember 2024