Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Определенный интерес представляет ситуация, когда указанные кривые имеют лишь точку касания. Этому случаю отвечает точка В (см. рис. 118). Для данного состояния зародыш размером Ґ2 будет устойчив по отношению к росту и неустойчив к уменьшению своего размера, что приведет в конечном итоге к его исчезновению.
На рис. 119, а показано семейство кривых, отвечающих равновесному давлению в графите как функции размера алмазной фазы при различных температурах Tu T2. Тъ причем Т\<Т$.
Проводя рассуждения, аналогичные описанным выше, можно заключить, что с ростом температуры наблюдается снижение давления обеспечивающее неустойчивое равновесие с алмазным зародышем радиусом г. В то же время устойчивое положение равновесия будет обеспечиваться при более высоком давлении, воз-
343 растающем с ростом температуры. При этом размер алмазной фазы, находящейся в устойчивом положении равновесия, будет уменьшаться и стремиться к г. Наконец, при определенной температуре размеры зародышей, отвечающие устойчивому и неустойчивому положениям, сравняются, что отвечает точке В (см. рис. 118).
Таким образом, на диаграмме р, T можно построить кривые, отвечающие линиям равновесия графита и зародыша алмаза, одна из которых будет отвечать неустойчивому, а другая — устойчивому положению равновесия (см. рис. 119, б).
Верхняя ветвь схематически представленной на рис. 119, б диаграммы состояния графит-алмаз качественно отвечает экспериментальным данным, полученным при исследовании прямого превращения графита в алмаз в динамических и статических условиях. Кроме этого, можно предположить, что конечный размер кристаллов алмаза, получаемый при этих условиях, будет определяться величиной алмазной фазы vCf отвечающей устойчивому положению равновесия.
Целесообразно рассмотреть в рамках изотермо-изохорического процесса случай, когда вновь образующаяся фаза не отличается по плотности от исходной. Очевидно, что в этом предельном случае давление в среде, окружающей зародыш, будет оставаться неизменным, а сам процесс характеризоваться единственной кривой, отвечающей неустойчивому равновесию.
Изложенное может быть распространено и на кристаллизацию из пересыщенных растворов. В этом случае кривая ABC (см. рис. 118) будет отвечать концентрации насыщенного раствора по Отношению к алмазу определенного размера, а кривые pi—р4 — концентрациям пересыщенного раствора. Кроме этого, по мере уменьшения поверхностного натяжения алмаз — раствор углерода кривые концентрации насыщенного раствора будут смещаться влево. Это приведет к тому, что неустойчивое равновесие, отвечающее определенному размеру критического зародыша при прямом превращении, может быть реализовано для такого же размера зародыша, но при более низких давлениях, т. е. верхняя ветвь равновесия графит — зародыш алмаза (см. рис. 119, б) будет стремиться к кривой, отвечающей устойчивому положению равновесия.
Кристаллизация алмаза из пересыщенного раствора углерода в расплаве металла, очевидно, обладает еще и той особенностью. Что нарушение гидростатичности и заметное падение давления в среде, окружающей алмаз, наступает при размерах алмазной фазы, заметно превышающих размеры кристаллов алмаза, образующихся при прямом превращении. Другими словами, при кристаллизации алмаза из пересыщенного раствора углерода с использованием в качестве источника углерода графита устойчивому положению равновесия отвечает кристалл большего размера.
В настоящее время имеются гипотезы [27] о возможности прямого перехода графита в алмаз, тем не менее ни одна из них не отвечает в полной мере накопившимся экспериментальным данным, касающимся структурных особенностей указанных фаз и ки-344 нетики данного процесса. Например, гипотеза превращения в твердой фазе до недавнего времени основывалась на использовании основных положений теории конденсации и кристаллизации из паров или разбавленных растворов. Это Привело к разработке модели и теории так называемой «паровой щели» [27]. Однако положения и выводы этой теории вряд ли можно признать реальными, так как использование этой модели требует полного нарушения контакта между фазами, что является проблематичным, в частности, в условиях превращения при высоком давлении.
В известной степени отмеченное противоречие снимается, если при рассмотрении механизма превращения использовать «полевое» описание гетерофазного состояния [27], включающее последовательный учет упругого взаимодействия между фазами. В основе полевого описания (для рассматриваемого приближения [27]) фазового превращения лежит предположение, что одна фаза может быть получена из другой путем непрерывного изменения некоторого набора параметров <р,-.
Влияние химической природы среды кристаллизации и источника углерода на зарождение и рост алмаза
Изучение влияния среды кристаллизации и природы источника углерода на зарождение и рост алмаза — важный и необходимый этап в деле дальнейшего совершенствования синтеза алмаза. Это подтверждается многочисленными публикациями, в которых основные усилия направлены на поиски снижения параметров кристаллизации, получения кристаллов с заданными физическими свойствами и т. д.
