Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
152 кислорода, принадлежащие разным тетраэдрам (обозначены на рисунках незалитыми кружками), разнесены на расстояния, значительно превосходящие 0,267 нм — длину ребра кремнекисло-родного тетраэдра (в нижней части рис. 48, в соответствующем масштабе изображено ребро кремнекислородного тетраэдра в виде гантели). Поэтому грани гексагональной призмы не могут нарастать с помощью нормального механизма. Отложение вещества на этих гранях, вероятно, происходит лишь в торцах ступеней, поскольку торцам соответствуют самые различные направления кристаллической структуры, в том числе и эффективно нарастающие поверхности пинакоида.
Сходная, хотя и менее четко выраженная ситуация имеет место на гранях основных ромбоэдров. Здесь также расстояние между свободными атомами кислорода значительно превышает длину ребра тетраэдра, что делает невозможным прямое присоединение одиночных молекул SiO2 к кристаллической структуре. Можно предполагать, что нарастание по этим граням, так же как и по граням гексагональной призмы, в основном происходит с помощью тангенциального механизма.
Анализ особенностей полярной диаграммы скоростей роста кристаллов синтетического кварца
Определенные выводы в отношении возможного механизма роста кристаллов кварца на затравочных пластинах различных ориентаций могут быть сделаны на основе анализа геометрии поверхности скоростей роста этих кристаллов. Для построения этой поверхности при фиксированных условиях синтеза производилось наращивание кварца на пластинах различной ориентации. Использовались «веера» затравок, вырезанных с угловым интервалом ~ 10° в трех важнейших кристаллографических зонах кристалла с осями X1 у и z.
Значения нормальных скоростей роста, замеренные непосредственно по толщине наросшего слоя, использовались для построения сечений полярной диаграммы. Поскольку кварц лишен центра инверсии, а кристаллографическая ось у не является осью симметрии, противолежащие плоскости каждой затравочной пластины из у-веера физически различны. Следовательно, они должны нарастать с разными скоростями. Аналогичное замечание относится и к пластинам z-веера, поскольку ось z (L3) не является осью симметрии четного порядка.
Для измерения скоростей роста в указанных направлениях использовался следующий прием. В процессе проведения цикла выращивания дважды резко изменялся перепад температур между камерами роста и растворения. При этом, естественно, изменялась скорость роста и, как следствие, концентрация примеси алюминия в кристалле. При последующем у-облучении в таких кристаллах отчетливо выявляются две резкие зоны изменения интенсивности
153 Z
Рис. 50. Сечення поверхности скоростей роста плоскостями (1120) (а), (ЮГО) (б) н (0001) (в).
На окружностях проставлены значения скоростей роста в мм/сут на одну сторону
дымчатой окраски, соответствующие моментам изменения режимов выращивания. Нормальная скорость вычислялась путем деления толщины наросшей зоны на соответствующее время кристаллизации. Толщина зоны измерялась под микроскопом в полированных пластинах х-, у- и z-срезов для кристаллов, выращенных на затравках х-, у- и z-вееров соответственно. Сечения поверхности скоростей роста, построенные по измеренным значениям скоростей, представлены на рис. 50.
Приведенные сечения дают, конечно, лишь приближенное представление о форме поверхности скоростей. Это связано, во-пер-154 вых, с относительно малой плотностью экспериментальных точек (примерно через 10°, а иногда и через 20°). Во-вторых, для многих направлений, особенно для направлений быстрого роста, невозможно отмерить истинную скорость, поскольку фронт кристаллизации состоит из участков различных граней сложных символов. Во всех таких случаях фиксировалась средняя скорость перемещения фронта кристаллизации.
Анализ сечений полярной диаграммы позволяет выделить четыре типа направлений, которым соответствуют различные типы рельефа фронта роста и, возможно, различные механизмы нарастания кристалла.
1. Сингулярные минимумы. Им соответствуют грани с характерными признаками слоистой кристаллизации и конусовидными холмиками—акцессориями роста, а именно: грани т, R и т. Несмотря на указанные морфологические признаки, представляется сомнительным, чтобы дислокационный механизм играл существенную роль в стимулировании процесса отложений вещества по этим граням. Как показывают данные рентгеновской топографии, для пирамид роста (R) и (г) характерна относительно высокая плотность ростовых дислокаций (IO3—IO4), ориентированных почти нормально к поверхности роста, причем часть дислокаций имеет винтовую компоненту. На поверхности этих граней обычно присутствует лишь небольшое число холмиков роста. Что же касается нарастания грани R, то для нее, как известно, основным стимулятором роста являются двойниковые акцессории (рост во входящих углах по границам дофинейских двойников)1.
2. Мелкие, несингулярные минимумы. Типичным примером является поверхность пинакоида. Еще в ранних опытах по выращиванию кварца было обнаружено, что небольшие отклонения (до IO—20°, в зависимости от направления перекоса) поверхности затравки от плоскости пинакоида существенно не изменяют ни морфологии поверхности грани, ни ее скорости роста. Нами были поставлены специальные опыты по наращиванию кварца на затравках пинакоида и на пластинах, отклоненных (в направлениях осей хну) на углы 2, 3, 4 и 5°. Было установлено, что скорости роста в этих направлениях практически совпадают со скоростью роста пинакоида (измерения толщины наросшего слоя производились под микроскопом).
