Polykristall

Die meisten in der Natur vorkommenden Kristallstoffe sind sogenannte Polykristalle. Sie sind zusammengesetzt aus einer ganzen Anzahl an Einzelkristallen (Kristalliten). Die einzelnen Kristalliten werden dabei durch Korngrenzen voneinander getrennt, die Kristallitgrößen können dabei zum Teil sehr unterschiedlich sein. Polykristalle werden gelegentlich auch als „Vielkristall“ oder „Multikristall“ bezeichnet.

Polykristallin und mikrokristallin

Sind die Kristallite sehr klein, bezeichnet man einen Polykristall oft nicht mehr als „polykristallin“, sondern als „mikrokristallin“ oder „nanokristallin“. Das kommt oft dort zum Tragen, wo die Korngrößen der Körner nur in einem Größenbereich von wenigen Mikrometern liegen.

Polykristall und Einkristall

Polykristalle sind der Normalfall in der Natur, sogenannte Einkristalle (Monokristalle) kommen aber vor. Ein gutes Beispiel für monokristalline Stoffe in der Natur ist etwa Diamant, der ein einheitliches und homogenes Kristallgitter im gesamten Kristall hat.

Im Gegensatz zum Einkristall sind die mechanischen Eigenschaften als Festkörper beim Polykristall nicht genau berechenbar, da für die Berechnung des Elastizitätsmoduls, des Kompressionsmoduls und des Schubmoduls die Richtung der einwirkenden Kraft einen Einfluss auf den Grad der Deformation und der anliegenden Spannungen an einzelnen Körnern hat. Es lassen sich hier also nur Mittelwerts-Berechnungen durchführen, die dann anhand von Messungen auf ihre Anwendbarkeit hin geprüft werden müssen.

Kristalleigenschaften unterschiedlicher Materialien

Metalle erstarren – wie fast jeder kristalline Festkörper – ebenfalls überwiegend polykristallin. Das gilt auch für Stahl, für Aluminium oder für Titan. Einige (seltene) einkristalline Varianten werden für spezielle technische Einsatzbereich (z. B. die Herstellung von Turbinenschaufeln) benötigt, da sie in dieser Form wichtige, benötigte Materialeigenschaften haben.

Stellt man Diamanten künstlich her, um sie in Schneidwerkzeugen für Nichteisenmetalle, Kunststoffen oder Holz einzusetzen, sind diese Diamanten meist polykristallin, anstatt monokristallin wie Schmuckdiamanten.

Bei der Herstellung sind dagegen beide Varianten von Silicium gebräuchlich: es kommt sowohl eine polykristalline als auch eine monokristalline Form zum Einsatz. Die monokristalline Variante ist dabei deutlich leistungsfähiger, dafür aber auch meist beträchtlich teurer. Das gleiche monokristalline Silicium wird auch für die Herstellung von Mikrochips benötigt.

Fazit

Dass kristalline Festkörper einen Polykristall (Vielkristall) bilden, ist die Regel, Monokristalle kommen aber auch in der Natur (zumindest in seltenen Fällen) vor. Die Art der Kristallisierung hat dabei wesentliche Auswirkungen auf die Eigenschaften eines Festkörpers, die man bei einem Polykristall allerdings noch nicht einmal exakt berechnen kann. Monokristalline Varianten sind in einigen Bereichen aus technischen Gründen erforderlich, in anderen stellen sie zumindest eine höherwertige Variante (etwa bei Solarzellen) dar.

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