多晶態是很多細小晶粒的集合，是互相由界面相隔形成的聚集狀態。晶粒可以由微米級到毫米級的各種大小，晶粒的成分和結構可以是同一種的，也可以是不同種類的。界面可以是兩個晶粒直接接觸形成的，也可以由玻璃態物質或其他雜質以及介入在其間的空氣層形成。多晶態的特點是，它的各種性能不僅是由構成它的晶粒所決定，同時晶界的性質也起著重要的作用。
基本介紹
- 中文名：多晶態
- 外文名：polycrystalline
- 含義：很多細小晶粒的集合
- 性能：由構成晶粒和晶界性質共同決定
材料的狀態,結晶態,非晶態,多晶態,套用實例,多晶態金剛石,陶瓷的多晶態結構,
材料的狀態
材料一般是以固體狀態使用的，固體的狀態有結晶態、多晶態和非晶態三種，另外還有由它們組合而成的複合態。其中結晶態和非晶態這兩種狀態的主要特徵介紹如下：
結晶態
這裡的結晶態是指單晶體而言。單晶體是原子在三維空間星周期性的無限有序排列狀態。這個周期的最小單位是單位晶胞或單位晶格，它是規定晶體形狀和大小的基本單位。6個晶格常數組合起來共構成7個晶系。7個晶系包括有14種空間點陣，通過倒轉、旋轉和映象的巨觀對稱操作可組合為32種點群。在巨觀對稱操作外再加上平移軸、滑移對稱面，螺旋對稱軸等對稱要素，32種點群又可組合成230個空間群。7個晶系中，任何一種都具有無對稱中心的晶族。這種晶體的對稱軸是具有方向性的對稱軸。晶體的特點是，它的各種物理性質同對稱性之間有著內在的聯繫。因此根據晶體的巨觀對稱性即可判斷它所具有的某種物理特性。由晶體的巨觀對稱性出發討論晶體、表現的某些物理性能，因不涉及到晶體內部的微觀狀態，所以也有人稱該學科為“巨觀固體物理學”或“晶體物理學”。
非晶態
原子在三維空間的排列呈雜亂無序的狀態叫做非晶態或無定形。用作材料的非晶態物質主要是玻璃，所以又把非晶態稱為玻璃態。某些結晶質原料加熱熔化經冷卻可形成玻璃。這時，熔成的熔體粘度大小是決定是否形成玻璃的主要因素。熔體的粘度大時，因其離子運動的自由度受到限制，在冷卻過程中不會取有規律的排列而凝固，因而成為玻璃。但熔體的粘度小則不然，在冷卻過程中，離子會排列成有序的狀態而成為結晶質。
多晶態
多晶態是很多細小晶粒的集合，是互相由界面相隔形成的聚集狀態。晶粒可以由微米級到毫米級的各種大小，晶粒的成分和結構可以是同一種的，也可以是不同種類的。界面可以是兩個晶粒直接接觸形成的，也可以由玻璃態物質或其他雜質以及介入在其間的空氣層形成。多晶態的特點是，它的各種性能不僅是由構成它的晶粒所決定，同時晶界的性質也起著重要的作用。此外，晶粒因是混亂排列的，從總體來看不象單晶體那樣具有明顯的方向性，所以物性一般表現為各向同性。不過，當晶粒充分大，或者有意將晶粒按一定方向排列時，也可顯示出晶粒本身所固有的各向異性。在晶粒間界上，存在的物質或氣孔，對晶粒本身固有的性質或性能起著緩和作用。天然產物的礦石、金屬和陶瓷材料都是多晶態。下圖中表示了多晶態的聚合狀態及其顯微結構。
套用實例
多晶態金剛石
已經研製出許多在不同的襯底上沉積多晶態金剛石薄膜的工藝。雖然較高的沉積溫度(大約900℃)和較高的應力(幾百MPa，甚至達GPa)限制了金剛石在微機械加工中的套用，但由於它硬度高、導熱性好，在許多套用領域中，這種材料還是很有吸引力的。
Aslam和Shulz(1995)描述了金剛石在微型結構方面的一些套用。他們的熱絲CVD工藝採用CH4和H2，並將它們置於溫度為2200～2400℃的Ta絲周圍。在壓力為50torr和襯底度890℃的條件下，多晶態金剛石膜可以生長到3～4μm厚。他們同時也介紹了一種選擇性金剛石生長工藝，在這種工藝中使用帶金剛石微晶的光刻膠，以便CVD金剛石選擇性聚核生長。這種特殊的光刻膠層旋壓在鍍Cr的矽晶片上，烘焙，然後圖形化。這樣在留有光刻膠的區域周圍。就形成了鍍Cr模板，這之後把晶片放進CVD反應器中。光刻膠汽化後，剩下金剛石微粒，這些地方就是金剛石生長的核心。在900℃時，可以生長4～6μm厚的金剛石膜。金剛石膜長成以後，就要把Cr膜去除。作者也指出：在900℃時鉻蒸氣的高壓可能會導致反應室的污染問題，建議對其他的金屬模板進行研究。
陶瓷的多晶態結構
陶瓷(ceramic)是由金屬和非金屬的無機化合物所構成的多晶態物質，實際是各種無機非金屬材料的總稱。陶瓷的晶體結構比金屬複雜得多，並且不同類別的陶瓷有著不同的顯微結構，除基本的晶體相以外，還有玻璃相和氣相。
1．晶體相
晶體相可以簡稱為晶相(crystal phase)。晶相是陶瓷的主要組成相，其晶態結構與金屬一樣，也是由許多位向不同的固溶體或化合物晶粒組成的多晶體，並由以離子鍵為主的離子晶體、MgO及Al2O3等氧化物結構所組成,或者以共價鍵為主的共價晶體SiC、BN、Si3N4等矽酸鹽結構所組成。
2．玻璃相
玻璃相(glass phase)是當陶瓷高溫燒結時，各組成物和雜質產生一系列物理、化學反應後形成的一種非晶態固體物質。其主要作用是將瓷坯中分散的晶相粘結在一起，降低燒成溫度，抑制晶粒長大及填充氣孔空隙使陶瓷緻密等。
但玻璃相熔點低，熱穩定性差，較低溫度下則會引起軟化，機械強度低於晶相，並且因其結構疏鬆，常須在空隙中填充金屬離子，致使陶瓷電絕緣性能降低．增加介電損耗。所以，工業陶瓷中的玻璃相應控制在一定範圍內，一般陶瓷的玻璃相為20%～40%。
陶瓷的玻璃態結構與晶體結構相似，是由離子多面體構成的空間網路，只是其排列呈無規則而已。
3．氣 相
氣相是指陶瓷材料孔隙中的氣體，在陶瓷內部形成氣孔(pore)，以孤立狀態分布於玻璃相中，或以細小氣孔存在於晶界或晶內，陶瓷結構中存在的氣孔約占陶瓷體積的5%～10%或更多一些。
氣孔的存在對性能影響很大，它使應力集中，導致機械強度降低，脆性增加，並使介電損耗增大，抗電擊穿強度下降。因此工業陶瓷力求氣孔小、數量少，並分布均勻。
