Главная
Двумерные дефекты
Опубликовано: 06.09.2018
К двумерным дефектам относятся прежде всего границы между несколько разориентированными блоками одного кристалла. При этом можно выделить два типа границ: дислокационные и индукционные.
Дислокационные границы представляют собой сетку дислокаций (рис. 1-2) и могут быть выявлены травлением в виде цепочки ямок или канавки. Для кристаллов, полученных из низкотемпературных растворов, дислокационные границы нехарактерны.
Индукционные границы являются поверхностями соприкосновения совместно растущих кристаллов или блоков одного кристалла. Эти поверхности обычно ступенчатые, часто вдоль них располагаются включения раствора, скапливаются примеси. В макроблочных кристаллах, выращенных из растворов, границы между блоками всегда индукционные. Примерами таких кристаллов являются хлористый калий и желтая кровяная соль (рис. 1-34). Раскалывание макроблочных кристаллов обычно происходит по индукционным границам.
Границы двойников. Двойником называется сросток из двух или нескольких непараллельных кристаллов, связанных между собой элементами симметрии. Двойникование обнаруживается по наличию входящих углов между гранями или под микроскопом в скрещенных николях, где разные индивиды двойника просветляются неодновременно. Двойники, состоящие из большого числа кристаллов, называются полисинтетическими (рис- 1-3, а). Выделяют следующие типы двойников.
Двойники неростового происхождения:
а) механические, возникающие при пластической деформации
кристаллов. Эти двойники, как правило, полисинтетические. Из водорастворимых соединений механическому двойникованию легко подвергаются ВаС12 • 2Н20, КС103;б) двойники превращения, возникающие при переходе одной
полиморфной модификации в другую. Такие двойники обычно полисинтетические;в) электрические и магнитные двойники (домены) в кристаллах, обладающих спонтанной поляризацией или намагниченностью
(сегнетова соль и триглициисульфат). Эти двойники также поли-Рис. 1-3. Типы ростовых двойников.
а — полисинтетический двойник кристалла нитрата калия под микроскопом в скрещенных николях. Длинные параллельные полосы отвечают разным индивидам двойника. Ув. 100; б — двойник срастания BeS04 • 4H20 [Groth P., 1908]; в — двойник прорастания NaC103
[Groth P., 1908].
синтетические. Они могут образовываться и во время роста кристаллов.
Ростовые двойники. Проблема образования двойников при росте разработана еще довольно слабо, и дать удовлетворительную их классификацию пока затруднительно. Явно можно выделить:
а) двойники «слипания», которые возникают либо в результате
срастания двух кристаллов в двойниковом положении при соскальзывании одного кристалла по наклонной грани другого [Шубников А. В., 1975 г., с. 458], либо, предположительно, при случайном сближении двух достаточно мелких кристаллов и их по следующей взаимной доориентации под влиянием собственного электростатического поля;б) механические двойники, образующиеся не за счет внешних
сил, а под действием внутренних напряжений, возникающих в кристалле в процессе роста (§ 1.8). Морфологические проявления двойникования такого типа могут быть различными.Различить ростовые двойники разного происхождения часто затруднительно. Неясно, исчерпывает ли приведенный перечень все возможности их образования.
* Рис. 1-4. Двойниковые границы.
а ■— когерентная; б — некогерентная; Р — плоскость двойникования; g — двойниковая
граница.
Ростовые двойники, как правило, бывают простые [Ba(NO3)2, винная кислота, К2СrO4 и т. д.], хотя встречаются и полисинтетические (рис. 1-3, а). Двойник, состоящий из четко отграниченных друг от друга индивидов, сросшихся по одной плоскости, называют двойником срастания (рис. 1-3,6). Если же индивиды частично обрастают и «пронизывают» друг друга, образуется двойник прорастания (рис. 1-3, в).
Выделяют двойниковые границы когерентные и некогерентные. Когерентной граница называется в том случае, если соприкасающиеся решетки двух индивидов двойника обладают общим атомным слоем; в противном случае границы некогерентные (рис. 1-4). В случае некогерентной границы вдоль нее имеется деформированная «область приспособления». Граница между индивидами двойников роста может представлять собой индукционную поверхность, и вдоль нее могут располагаться включения раствора (например, у двойников винной кислоты).
Дефектом упаковки называется всякое отклонение от нормальной для данного кристалла последовательности в чередовании атомарных слоев. Дефекты упаковки имеют ту же природу, что и двойники. На когерентной двойниковой границе меняется первоначальная последовательность слоев на последовательность, находящуюся с первоначальной в двойниковом соответствии, в то время как после дефекта упаковки первоначальная последовательность полностью восстанавливается. Таким образом, дефект упаковки можно рассматривать как двойниковую прослойку толщиной в один элементарный слой, ограниченную с двух сторон когерентными двойниковыми границами. Дефекты упаковки особенно часто образуются в кристаллах со слоистой структурой (типа CdY2, желтой кровяной соли и т. д.), т. е. веществах, обладающих политипией. Собственно, легкость образования дефектов упаковки и определяет склонность соединения к политипии. Сама структура политипной модификации может быть описана как упорядоченное расположение в одном измерении («сверхструктура») дефектов упаковки. При этом на правильную сверхструктуру может быть наложено беспорядочное распределение дефектов упаковкой
Рис. 1-5. Полярная диаграмма поверхностной энергии. |
Точка 1 соответствует сингулярной грани А; интервал 1—2 — вициналь-ные поверхности; интервал 2—2 — несингулярные поверхности (граница между вицинальными и несингулярными поверхностями условна). Внутренний контур со штриховкой — равновесная форма кристалла. |
(разупорядоченные политипы). Кроме того, тип сверхструктуры может меняться от одного участка кристалла к другому, вследствие чего возникают срастания разных политипных модификаций или прослойки одной политипной модификации в другой, так называемые синтаксические срастания. Обычно в одном и том же «монокристалле» присутствуют и синтаксические срастания разных политипов, и двойники по плоскости упаковки, и статистическая разупорядоченность. Такие «монокристаллы» названы OD-кристаллами (т. е. упорядоченно-разупорядоченными, по-английски — order — disorder).
Описанные эффекты могут проявляться и во внешней огранке кристаллов (образуются входящие углы, аналогичные двойниковым), и в возникновении оптических аномалий. Таким примером являются кристаллы желтой кровяной соли, которые практически всегда обладают оптическими аномалиями, связанными с дефектами упаковки и синтаксическими срастаниями.
Поверхность кристалла также входит в двумерные дефекты. Отнесения ее к числу дефектов требуют и формальные соображения (нарушение периодичности расположения элементов структуры), и искажение в расположении частиц вблизи поверхности раздела по сравнению с их расположением вдали от нее. Например, для грани куба галоидов щелочных металлов установлено [Де Бур Я. X., 1959 г.], что плоскость, проходящая через центры анионов, на ~0,2 А выше плоскости, проходящей через центры катионов. На глубине кристалла эти плоскости совпадают. Расстояния анион — катион в молекулах газа [Кондратьев В. Н., 1959 г.] на 20% меньше соответствующих расстояний в кристалле, из чего следует, что в поверхностном слое кристалл должен быть уплотнен.
Поверхностный слой обладает избытком энергии по сравнению с энергией частиц внутри кристалла — поверхностной энергией.
Благодаря решетчатому строению кристаллов атомарная структура разных граней различна.* Поэтому различна и поверхностная энергия граней разной кристаллографической ориентировки. Зависимость поверхностной энергии от ориентации описывается с помощью полярной диаграммы (рис. 1-5), в которой направление
* Знание атомного рисунка граней необходимо во многих задачах кристал-логенезиса. Способ проектирования структуры кристалла на плоскость грани дан, например, Е. Б. Трейвусом и Т. Г. Петровым [1964].
Рис. 1-6. Типы кристаллических поверхностей.
а — сингулярные (гладкие); б — несингулярные (шероховатые); в — вицинальные (ступенчатые).
радиуса-вектора каждой точки диаграммы определяет ориентацию перпендикулярной к этому радиусу плоской поверхности, а длина радиуса пропорциональна поверхностной энергии этой грани. Соответственно особенностям полярной диаграммы выделяют два основных типа кристаллографических поверхностей, резко, различающихся по строению: сингулярные поверхности, соответствующие острым минимумам, и несингулярные, соответствующие гладким участкам полярной диаграммы вдали от острых минимумов. Сингулярные поверхности (грани) атомно-гладкие. Несингулярные поверхности шероховаты в атомном масштабе, т. е. имеют большую плотность выступов и впадин молекулярных размеров (рис. 1-б). При температурах, близких к температурам плавления, сингулярные грани могут размываться тепловым движением и становиться шероховатыми.
Поверхности, соответствующие участкам полярной диаграммы вблизи острых минимумов, где поверхностная энергия сильно зависит от ориентации грани, выделяют в особый тип — вициналь-ных поверхностей. Они состоят из широких атомно-гладких террас, разделенных ступенями. Чем меньше расстояние между ступенями, тем круче наклонены вицинальные поверхности к соответствующей гладкой грани. Если расстояние между ступенями становится соизмеримым с их высотой, вицинальная поверхность переходит в несингулярную, шероховатую.
При росте из растворов появление несингулярных поверхностей на кристаллах не характерно и случается редко, при особых условиях эксперимента [Овруцкий А. М, Подолинский В. В., 1975]. Также не характерно и появление в огранке строго сингулярных граней.
Просмотров: 1337
Вернуться в категорию: Вредители