Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Использование третьей группы примесей (In, Ga, Sb, Sn, Cu) с исходной концентрацией в шихте 0,5—3 % приводит к образованию кристаллов алмаза преимущественно кубооктаэдрического и кубического габитуса во всем исследованном интервале параметров синтеза. При этом алмазы представляют собой изомет-ричные хорошо ограненные монокристаллы светло-желтого цвета, без макродефектов в объеме, кроме тонких нитевидных включений (см. рис. 142, в, г). Увеличение концентрации указанных металлов до 5 % и более ведет обычно к образованию дефектных, легко раскалывающихся кристаллов. Существенного влияния примесей третьей группы на двойникование алмаза не обнаружено (см. рис. 142).
Как и следовало ожидать, одновременное введение в шихту примесей элементов второй и третьей групп дает положительный эффект улучшения качества кристаллов и разнообразие их форм.
Так, в присутствии Ti и Zr с оптимальным их содержанием в шихте соответственно 1 и 3 % образуются совершенные монокристаллы, имеющие большое число различных по размеру граней куба, октаэдра, ромбододекаэдра и тетрагонтриоктаэдра, общее число которых достигает 48 и выше. Такие алмазы бесцветны, прозрачны, содержат минимальное число дефектов (см. рис. 142, б).
Выводы, сделанные относительно оптимальных концентраций примесей, обеспечивающих наилучшие морфологические характеристики кристаллов, хорошо согласуются с результатами изучения их механических свойств.
Что касается дефектов на поверхности граней кристаллов алмаза, то, как установлено, основное влияние на эту морфологическую характеристику оказывает величина скорости роста. Монокристаллы, скорость роста которых не превышает 8 • 10-8 м/с, при оптимальной концентрации использованных примесей практически всегда имеют хорошо выраженный микрорельеф граней. При прочих равных условиях совершенство граней (Ш) выше, чем (100), на которых визуально наблюдаются в этом случае 396 Рис. 143. Макродефекты поверхностей граней кристаллов алмаза
слои и ступени роста. При увеличении скорости роста до 8-IO"7 м/с и выше на кубических гранях часто проявляются такие детали макрорельефа, как спирали и воронки, а на октаэд-рических — элементы блочного роста. Кроме того, в случае, когда длительность процесса синтеза приближается или превышает величину его эффективной длительности, на поверхности граней кристаллов независимо от их размера наблюдаются дефекты (рис. 143) типа неправильных углублений и различных каверн, Образование подобных дефектов можно связать с эффектом «закрытой грани» при возникновении и росте ориентированной фазы монокристаллического графита в этих условиях.
Особенности внутренней морфологии и примесного состава синтетических алмазов
В разделе рассматриваются особенности внутренней морфологии кристаллов алмаза, выявленные с помощью рентгеновской секционной и абсорбционной топографии, оптической поляризационной микроскопии.
Предпочтительность применения рентгеновской топографии определяется слабым поглощением излучения углеродом, высоким разрешением метода, позволяющим фиксировать дефекты упаковки, блочность, единичные дислокации, вхождение примесей, границы двойников и др. Использовалось Mo Ka- и Cu Ka -излучение, выбранные отражения (404), (044), (404), (333), (440), (511) обеспечили получение картины сечений (100), (110) и (111) соответственно с минимальными искажениями.
397 Рис. 144. Секционные топограммы октаэдрического (а, б) и кубооктаэдрического
(в) кристаллов:
а — сечение (110), отражение (511); б — сечение (100), отражение (440); в — сечеиие (111),
отражение (022). Излучение Mo К«. Ув. 60
Топограммы центральных сечений кристаллов показывают (рис. 144), что из каждой области стыковки секторов роста {111}, которая может быть декорирована нитевидным включением, распространяются параллельные вытянутые вдоль направлений <110>, <lT0> в сечении {110} и <011>, <0Fl> в сечении {100} зоны, подобные волокнам, наблюдавшимся в пирамидах нарастания ромбоэдра и призмы кварца. В кубических секторах роста параллельные пучки волокон развиваются в направлении <100>. По топограммам установлено, что в пределах каждого пучка волокна обладают высокой когерентностью, их разориентировка не превышает 1. Вблизи границ секторов роста волокна пучков несколько разориентированы по отношению к основным объемам пучков, образующих сектора (светлые пятна на топограммах отвечают неотражающему положению волокон).
В свою очередь волокнистость в пределах каждого сектора роста граней (111) неоднородна. Серия топограмм (рис. 145) сечения (001), расположенного на половине расстояния между центром роста и вершиной октаэдра, снятых при различных угловых положениях кристалла, показывает присутствие в сечении восьми пучков волокон, различным образом отражающих рентгеновское излучение. Причиной этого является закономерная раз-ориентировка пучков между собой. Максимальная разориентировка наблюдается у пучков, лежащих в плоскости дифракции — пучки <100> и <100>. Знак разориентировки таков, как если бы вдоль оси стыковки секторов роста граней (111) располагались малоугловые границы с лишними полуплоскостями у дислокаций, обращенных к центру кристалла.
