Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В заключении этого раздела приведем топограмму краевой части кристалла, на которой можно видеть формирование узкой, но вполне реальной пирамиды <т>. Оценка скорости роста грани т по толщине наросшего слоя составляет ~0,002 мм/сут. Виден также поворот ростовых дислокаций из пирамиды <R> в пирамиду <т>. Обращает на себя внимание высокая степень дефектности материала пирамиды роста гексагональной призмы (рис. 54).
В процессе изучения внутренней морфологии синтетического кварца методами травления и термодекорирования в различных пирамидах роста кристаллов были обнаружены линейные дефекты, во многом сходные с так называемыми «голубыми лучами», встречающимися довольно часто в кристаллах горного хрусталя. В дальнейшем были выяснены условия образования подобных дефектов в синтетических кристаллах и поставлены специальные ростовые опыты с целью воспроизведения линейных дефектов в контролируемых условиях. На основании полученных данных задолго до применения рентгенотопографических методов выявления структурных несовершенств синтетического кварца был сделан вывод о дислокационной природе линейных дефектов в синтетических и природных кварцах, подтвержденный в дальнейшем результатами систематических рентгеноскопических определений.
В процессе гидротермальной перекристаллизации в синтетический кварц входит неструктурная примесь, коэффициент захвата которой возрастает с увеличением скорости роста. Частицы этой примеси при относительно низких скоростях роста, незначительно превышающих значение пороговой скорости захвата, селективно адсорбируются гранями, закрепляясь только в определенных «активных» точках растущей поверхности. Если такие активные центры будут представлены точками выхода дислокаций или каких-либо других дефектов на поверхности грани, то при некоторых значениях скорости роста коэффициента диффузии и концентрации примеси в растворе адсорбированные частицы примеси, зарастая, дадут цепочки включений, ориентированные вдоль линии дефекта. В случае превышения оптимального значения скорости роста или увеличения концентрации примеси в растворе последняя адсорбируется на всей поверхности грани, образуя в наросшем материале сплошные зоны, маскирующие тонкую дефектную структуру. Поскольку пороговые скорости, при которых начинается захват неструктурной примеси, варьируют для различных кристаллографических поверхностей, в каждом отдельном Цикле кристаллизации удается декорировать ростовые дислокации в какой-нибудь одной пирамиде роста.
С этой целью в процессе синтеза целесообразно было выдерживать следующий температурный режим: температура в камере кристаллизации поддерживается строго постоянной на протяже-П* 163 нии всего цикла: температурный перепад между зонами роста и растворения (за счет изменения температуры в зоне растворения) периодически, через каждые 10—15 сут, увеличивается (или понижается) на 2—3 °С. Это позволяет получить кристалл, состоящий из нескольких слоев, различающихся скоростями выращивания. Изменение концентрации примеси в этих слоях дает возможность выбрать для исследования препараты из тех областей кристалла, где достигается максимальный контраст декорирования дислокаций в различных пирамидах роста, которые после термообработки полированных пластин толщиной от 0,1 до 0,2 мм обнаруживаются под микроскопом в определенном-свете при относительно малых увеличениях. Оптическими исследованиями установлено, что визуализация дислокаций обусловлена светорассеянием на многочисленных закономерно ориентированных микроскопических трещинах, возникающих в местах локализации неструктурной примеси. Контраст изображения отдельной дислокации зависит от количества, размеров и ориентации микротрещин, располагающихся вдоль линии ее следования. Обычно трещины ориентируются параллельно плоскостям основных ромбоэдров, базиса, дипирамид и призм. Трещины, параллельные базисной плоскости, имеют довольно крупные размеры (до 1 мм) и поэтому дают «размытые» изображения дислокационных линий. Наиболее четкие изображения отмечаются в случае декорирования дислокаций несколькими разноориентированными колониями микротрещин. По всей вероятности, контраст декорирования увеличивается и за счет сферических пор диаметром в несколько десятков нанометров, обнаруживаемых под электронным микроскопом в отожженом кварце с включением неструктурной примеси Al.
В результате исследования ростовых дислокаций в синтетическом кварце методом термодекорирования были выявлены механизмы формирования однородных бездислокационных областей в природных кварцевых кристаллах. В частности, было показано, что дислокации наследуются из затравок, изменяя свое положение в наросшем слое в соответствии с принципом создания минимума свободной энергии, ориентируясь по направлениям, близким к нормам и поверхности растущей грани. Значительное их количество зарождалось также над поверхностью макроскопических примесных сегрегатов, оседающих на поверхности граней растущих кристаллов, а также в местах зарастания капиллярных и щелевидных каналов и трещин, вероятно, за счет некогерентного срастания встречных тангенциально распространяющихся микроскопических слоев, перекрывающих полости и включения посторонних твердых фаз. На основе этих наблюдений были разработаны и внедрены в промышленную практику технологические приемы получения бездислокационного оптического кварца, а также произведена целенаправленная подготовка кристаллов и препаратов для рентгенотопографических исследований. Это позволило экспериментально установить наличие ростовых дисло-164 каций в концентрации от 1 • IO3 до 1 • 106/см2, которые не оказывают влияния на линейную скорость роста граней базиса и ромбоэдров, а в свою очередь увеличение скоростей нарастания граней в значительных пределах не меняет плотность дислокаций. Отмечалось лишь незначительное стимулирование нарастания участков граней тригональных призм, расположенных непосредственно над затравками с дислокациями, выходящими на их поверхность. В этих местах происходило также массовое зарождение бразильских двойников субиндивидов. Дислокации, выходящие на поверхность граней и сколов, протравливаются в плавиковой кислоте и гидротермальных щелочных растворах. При этом на поверхности кварца возникают характерные для разноориенти-рованных плоскостей ямки, от которых берут начало капилляро-видные каналы, уходящие в глубину кристалла к источникам дислокаций. Характерной особенностью синтетического кварца, выращенного на затравках с дислокациями, является наличие газово-жидких включений веретенообразной формы, располагающихся в затравке или на границе ее поверхности с наросшим материалом. Эти включения возникают в результате растравливания дислокаций и последующего зарастания каналов.
