Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Эти модельные соотношения достаточно хорошо соответствуют экспериментальным данным, полученным для структуры кварца при различных температурах.
Основываясь на теории фазовых переходов, Л. Ландау, Г. Гримм и Б. Дорнер [44] получили также температурную зави-
109 симость угла поворота 6:
б2 = 2/36? (1 + V1 - (3/4) KT - ТС)/(Т0-ТС)],
где Го = 573 °С, T0—7W10 °С, а бо = 7,5° (скачок угла в точке фазового перехода). В точке фазового перехода угол испытывает скачок в 7,3°, что позволяет отнести а-, ?-переход к переходам I рода. При комнатной температуре значение угла б составляет примерно 16,3°.
Из рассматриваемой модели видно, что поворот тетраэдров из исходного положения в ?-фазе может быть осуществлен в две стороны (по часовой и против часовой стрелки при заданной ориентации структуры) и что обе структуры, полученные поворотом тетраэдров на углы +би —б, могут быть совмещены поворотом на 180° вокруг осей 2у или 2z (т. е. вокруг тех элементов симметрии, которые «исчезли» при дисимметризации групп р622). Однако известно, что сросток двух индивидов кварца одного знака энантио-морфизма с параллельными решетками,* развернутых друг относительно друга на 180° вокруг оси 2у или 2z, является ничем иным как дофинейским двойником.
Таким образом, модель ?-j-a-перехода одновременно может быть моделью образования дофинейских (механических) двойников кварца. Из этой модели ясно, что для образования дофиней-ского двойника все тетраэдры в структуре исходного индивида должны совершать коллективный поворот вокруг системы осей 2х на угол 26 и небольшой сдвиг вдоль этих осей. При такой трансформации вся двойникующаяся структура должна пройти через конфигурацию ?-фазы, что, очевидно, требует затраты энергии. При комнатной температуре угол поворота 26 составляет 32,6°, а сдвиг — приблизительно 0,3 нм. Зависимость угла б от T вблизи точки фазового перехода объясняет хорошо известное и многократно описанное влияние температуры на образование дофинейских двойников. Столь же естественно объясняется и анизотропия образования механических двойников в кварце. А. В. Шубников и Е. В. Цинзерлинг в работе [38] показали, что при сосредоточенной механической нагрузке на плоскость базиса дофинейские двойники образуются в тех трех секторах, в которых давление от шаровидного индентора направлено приблизительно нормально к плоскостям отрицательного ромбоэдра г. Из структурной схемы образования дофинейского двойника видно, что необходимые смещения и поворот тетраэдров могут быть осуществлены при давлении именно в направлении малого (но не большого) ромбоэдра (рис. 27).
В последнее время появился ряд работ (см., например, [44]), в которых показано, что в низкотемпературной «окрестности» a-, ?-перехода в кварце образуется сетка дофинейских двойников — доменов, размеры которых уменьшаются по мере приближения к точке перехода. С рассеиванием на этих двойниках, очевидно,
110 а V
2f r(R)
6
/
Рис. 27. Структурная схема образования дофинейского (механического) двойника в а-кварце: _
а — проекция на плоскость (1120); б — проекция на плоскость (0001). Жирная стрелка — одно из шести направлений эффективного механического двойниковаиия давлением исходной структуры
связаны различные критические явления, наблюдавшиеся ранее в кварце. Установлено также спонтанное обращение двойниковых доменов вблизи точки перехода, которое легко объясняется скачком угла б. При этом некоторые исследователи придерживаются той точки зрения, что структура ?-кварца гексагональная только в среднем по тригональным ai и а2 микродоменам (дофинейским двойникам на уровне элементарной ячейки). При этом атомы, лежащие по границам этих доменов, занимают положение в гексагональной структуре, а атомы внутри доменов распределены по двум тригональным позициям. «Обращение» таких микродоменов с частотой порядка JO9 Гц, очевидно, и соответствует упоминавшейся в начале работы «мягкой моде», которая для ?-кварца была обнаружена и исследована методом неупругого рассеивания нейтронов.
Дофинейские двойники и «фигура удара» в кварце
А. В. Шубников и Е. В. Цинзерлинг установили, что в результате резкого и сосредоточенного удара по поверхности кристалла кварца в его объеме образуется так называемая «фигура удара»— система трещин, имеющая в первом приближении форму параболоида вращения, поверхность которого срезана плоскостями малого (отрицательного) ромбоэдра г. В тех случаях, когда образец имеет относительно небольшую толщину, а удар нанесен с достаточной силой, происходит полное выталкивание такой «фигуры». Аналогичная система трещин образуется и при сосредоточенном давлении на поверхность кристалла в опытах по механическому двойникованию кварца. В этом случае образуются «фигуры давления», по своей форме и симметрии полностью аналогичные «фигурам удара».
111 Геометрический анализ структуры кварца показал, что наиболее вероятное направление спайности у этого кристалла должно проходить вдоль плоскостей положительного ромбоэдра {R}. Эксперименты по раскалыванию тонких х-пластин также подтверждают наличие достаточно четко выраженной спайности именно вдоль плоскостей R. Поэтому преобладание в «фигурах удара» направлений раскалывания вдоль плоскостей г представляется (на первый взгляд) парадоксальным. Однако эта особенность геометрии «фигур удара» становится понятной, если учесть модель механического (дофинейского) двойникования. Можно полагать, что при ударе в месте локализации силы происходят упругое сжатие кристалла и вслед за ним обязательный «переворот» части кристалла в двойниковое положение по дофинейскому закону (исходный домен ai переходит в домен аг). Следующее за этим механическое разрушение кристалла происходит в соответствии со структурой двойникового домена аг, в котором плоскости преимущественной спайности R расположены параллельно плоскостям г в исходном домене, т. е. в основном кристалле. Зародившаяся таким образом трещина вынуждена следовать в основном (не затронутом двойникованием) кристалле вдоль плоскостей {г}, являющихся также возможными направлениями спайности кварца, хотя и менее вероятными, чем ^-плоскости. При этом (по мере распространения трещин) наблюдается тенденция к развороту поверхности раскола к более естественным ^-ориентациям. Так, для «фигуры удара» на плоскости базиса (0001) характерно формирование .^-площадок, притупляющих ребра трехгранной {г}-пирамиды, а также разворот основных г-плоскостей раскола с образованием на них канавок-углублений, отклоняющих г-ориентацию в сторону смежных плоскостей R.
