книги из ГПНТБ / Лодиз, Р. Рост монокристаллов

особенность служит основой удобного и мощного способа об­ наружения кристалличности вещества и изучения степени со­

который оказывается неоценимым орудием ростовика.О приемах работы с этим прибором, особенно при идентификации кристал­ лов, говорится во многих учебниках [5—10]. Петрографическими методами можно исследовать как порошковые образцы, так и крупные монокристаллы.

Часто петрография в обязательном порядке дополняет при изучении кристаллов рентгеновские методы. На некоторые воп­ росы, например о симметрии и ориентации кристаллов, петрогра­ фия иногда дает более убедительный ответ, чем рентгеногра­ фическое исследование. Однако самым мощным средством изу­ чения порядка в минералах служит дифракция рентгеновских лучей.

Реальные кристаллы никогда не бывают совершенными, т. е. полностью упорядоченными и свободными от примесей. Однако приступать к изучению проблемы полезно с рассмотрения со­ вершенного кристалла. В данной книге неуместно было бы пу­ скаться в подробное рассмотрение существующих методов рентгеноструктуриого анализа, но без ряда замечаний о них здесь не обойтись. Поскольку промежуток между атомами в кристалле соизмерим с длиной волны рентгеновских лучей, кристалл на пути их распространения действует подобно трехмерной дифрак­ ционной решетке. Основные уравнения выведены Лауэ и Брэг­ гом. Последний трактовал дифракцию рентгеновских лучей как

скостями (межплоскостное расстояние), от которых происходит отражение; 6 — угол между падающим лучом и отражающей атомной плоскостью. Поскольку при отражении выполняется за­ кон Снеллиуса ' ) , а коэффициент преломления рентгеновских лу­ чей для всех веществ очень близок к единице, угол между отра­ женным лучом и атомной плоскостью также равен 8.

При изучении кристаллов методами дифракции рентгенов­ ских лучей определяют: 1) наличие кристалличности, 2) струк­

к вопросам о выявлении кристалличности и об определении степени совершенства, кратко остановившись при этом на воз­ можностях измерения периодов решетки в той мере, в какой это связано с характеризацией материалов, поскольку об опре­ делении структуры, ориентации и периодов решетки обстоятель­ но говорится во многих работах [3, 4, 12—15]. В последующих разделах описаны четыре класса рентгеновских методов, наи­

Методы вращения

Если использовать монохроматическое рентгеновское излуче­ ние, то уравнение (1.1) будет удовлетворяться для дискретных углов, образующихся при вращении кристалла относительно пучка. В некоторых вариантах методов вращения перемещают и пленку таким образом, чтобы зарегистрировать отражения и затем без труда их расшифровать. Такие методы используются главным образом для определения структуры кристаллов, но они полезны также и для установления их ориентации. Методы вращения детально описаны Барретом и Массальским [15].

Методы порошка

Если рентгеносъемку проводить в излучении с сильными мо­ нохроматическими компонентами, взяв образец, состоящий из

образца, так как отдельные кристаллики окажутся в благо­ приятствующей отражению ориентации. Самый распространен­ ный порошковый метод — это метод Дебая — Шерера [16, 17]. Из кристаллического порошка изготовляют цилиндрический стержень менее 0,5 мм в диаметре. Свернутую цилиндром плен­

абсолютного нуля вакансии стабильны во всяком кристалле.

их концентрация обычно выше в нестехиометрических соедине­ ниях (бертолидах), для которых взятая со знаком минус отри­ цательная свободная энергия образования —AGV больше из-за более легкой компенсации заряда (о компенсации заряда гово­ рится в разд. 2.5). В нестехиометрических соединениях «избы­

ражена краевая дислокация. Простоты ради шары, изображаю­ щие атомы, не показаны. Атомы должны находиться во всех точках пересечения линий на фиг. 1.7. Можно представить себе, что введение лишней плоскости атомов АВ в верхнюю поло­ вину кристалла привело к его деформации. Плоскости в верхней половине кристалла стали ближе друг к другу, чем в нормаль­ ном равновесном положении (деформация сжатия), тогда как плоскости в нижней половине отстоят друг от друга дальше, чем в нормальном состоянии (деформация растяжения). Таким обра­ зом, у дислокации кристалл сильно напряжен. На фиг. 1.8 изображена в трех измерениях краевая дислокация, показанная на фиг. 1.7. Такую конфигурацию можно создать умозрительно

вдоль которой происходило смещение, называют плоскостью сдвига или плоскостью скольжения. Величину и направление

28 Р . Л О Д И З . Р О С Т М О Н О К Р И С Т А Л Л О В

температуре не превышает одну на кристалл. Это можно пока­ зать следующим образом [24].

Изменение свободной энергии Гиббса в ходе того или иного процесса в кристалле, ведущего к образованию дефекта, дается

ции, велика, а энтропия мала и потому дислокации, как правило, термодинамически неустойчивы. Таким образом, можно вы­ растить бездислокационные кристаллы, но нельзя получить безвакансионные кристаллы. Вакансии нарушают равновесие зарядов в кристалле. Катионная вакансия, например, означает

зарядов. Таким образом, концентрации вакансий, атомов внед­ рения или соответствующих атомов замещения связаны надле­ жащими условиями равновесия, следующими из закона дей­ ствующих масс, что позволяет иногда снизить концентрацию де­ фектов одного вида ценой повышения концентрации дефектов другого.

Межзеренные границы

Если угол между соседними кристаллитами мал, то возни­ кающая при этом малоугловая межзеренная граница состоит из выстроившихся в ряд дислокаций [29]. На фиг. 1.10 схематически

видеть, разориентация достигается введением ряда краевых ди­ слокаций, показанных в виде перевернутых букв Т. Подобным же образом винтовые дислокации образуют малоугловые межзеренные границы кручения [30].

Краевые дислокации могут образовываться при пластиче­ ском изгибе кристалла, обычно располагаясь при этом, как по­

(а)и после перемещения дислокаций

(б). Для ускорения движения дисло­ каций обычно требуется отжиг, при­ чем некоторые дислокации взаимно уничтожаются (аннигилируют), когда они сходятся вместе в процессе движе­ ния. Атомы сохраняют свои нормаль­ ные положения в плоскостях, посколь­ ку дислокации перестраиваются, пере­ ползая в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа на фиг. 1.11. Такая перестройка происходит посредством движения вакансий в плоскости сколь­ жения. Возникающая картина напоми­ нает многоугольники (полигоны), так что кристалл называют полигонизован-

между отдельными областями мала и их размеры малы, то такие области называют мозаичными блоками. Обычно считают, что мозаичные блоки имеют размеры от нескольких сотен до не­ скольких тысяч периодов решетки с разориентировкой на не­ сколько угловых минут. Если размер и разориентация больше, то их считают зернами, ограниченными обычными малоугловыми границами. Таким образом, между мозаичными структурами и структурами, характеризующимися обычными малоугловыми межзеренными границами, имеется непрерывный ряд состояний упорядочения.

При определенных условиях вакансии могут перемещаться в кристалле и скапливаться с образованием неполной (частичной)