Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
4.4
4? р.ГЛа
_6 У
1 2 3 4 5 Концентрация примесей,массовая доля,%
1 2 3
Концентрация примесей ,массовая доля,%
Рис. 140. Зависимость числа двойников от давления и состава шихты (а) и концентрации примесей в шихте (б, в):
1 — Ni—Mn; 2-Ni-Mn-In (1%); 3-SisN<; 4 — AlN; 5 - TiN; S-Zr; 7 - Ti
метить, что оптимальные с точки зрения количества сростков и общего выхода алмаза p-T-t-условия процесса синтеза зависят также от величины реакционного объема и распределения в нем теплового поля.
Обсуждавшиеся выше три группы примесей, вводимых в металл-растворитель, оказывают влияние и на морфологические характеристики кристаллов. Так, в среде с повышением содержания азота, источником которого являлись нитриды металлов Mn, Si, Ti, Al, а также цианамиды, образуются преимущественно кубооктаэдрические (реже октаэдрические) кристаллы, часто с неравномерным развитием одноименных граней. Изучение неоднородности желто-зеленой окраски по объему кристаллов, сильно легированных азотом, показало секториальное распределение этой примеси, причем пирамиды роста граней куба захватывают азот интенсивнее по сравнению с пирамидами роста <111>.
Наряду с этим в среде кристаллизации, содержащей повышенные концентрации примесного азота, зафиксировано возрастание интенсивности двойникования алмаза (см. рис. 140, б). При этом влияние TiN и AlN связано, по-видимому, с увеличением содержания только азота в растворе — расплаве, так как присутствие Ti и Al отрицательно сказывается на двойникование кристаллов. Сравнительно более сильное влияние нитрида кремния (см. рис. 140, б) обусловлено присутствием в шихте как N, так и Si, поскольку образование карбида кремния в реакционной смеси в условиях синтеза алмаза значительно стимулирует появление двойников. Двойники легированных азотом кристаллов алмаза представляют собой обычно два-три сросших индивида
393
^ ш
Рис. 141. Кристаллы, легированные бором (а), и аншлиф такого кристалла (б)
кубооктаэдрической и октаэдрической формы, часто искаженного облика. Помимо таких двойников, легко распознаваемых по входящим углам между гранями, алмазы, сильно легированные азотом, образуют сложные двойниковые срастания множества кристаллов в виде тонких пластинок. Эти двойники, если их рассматривать вдоль оси, являющейся линией пересечения, часто имеют звездоподобную форму, что отражает циклический процесс двойникования.
Обобщение результатов изучения внешней морфологии кристаллов, полученных в присутствии нитридов и цианамидов, показало, что их массовая доля в шихте не должна превышать 1—2 %. В этом случае образуются преимущественно полногран-ные изометричные кристаллы, однородные по цвету.
Алмазы, полученные из среды, содержащей бор, имеют кубический и кубооктаэдрический габитус во всем исследованном интервале концентраций этой примеси в шихте (массовая доля 0,5—4%), и вариации параметров синтеза не нарушают эту закономерность (рис. 141, а). Такие кристаллы обладают часто идеальной формой, и искажения наблюдаются только при массовой доле бора более 2%. Они проявляются в основном в наличии существенно разновеликих граней одноименных форм в сильном уплощении вдоль Li. Цвет алмазов с увеличением содержания примеси бора в шихте изменяется от полупрозрачного с фиолетовым оттенком до непрозрачного черного. При этом установлено, что бор интенсивно захватывается гранями октаэдра (см. рис. 141, б). И поскольку примесь бора увеличивает интегральную скорость роста алмаза, естественно предположить, что влияние бора на форму кристаллов заключается в относительно большем увеличении скорости роста октаэдрических граней, которое приводит к их быстрому выклиниванию.
Среди алмазов, легированных бором, двойниковые образования встречаются сравнительно редко и представлены, как правило, 394 сэр ^Bb
Г«» Є
QO ^M
Рис. 142. Кристаллы, росшие в шихте, содержащей Al (а), Ti или Zr (б), In или Ga (в), Ti и In (г)'
двумя индивидами кубооктаэдрического габитуса. Оптимальный с точки зрения морфологии алмазов интервал массовой доли концентрации примеси бора в шихте на основе Ni и Mn составляет 0,5-1 %.
Синтез алмазов из Al-содержащей (массовая доля 0,5—4 %) шихты обеспечивает образование кристаллов в зависимости от температуры процесса от кубического до октаэдрического габитуса. При концентрации Al в шихте до 1 % формируются алмазы удлиненные и уплощенные с заметным развитием граней ромбододекаэдра (рис. 142, а). Увеличение же количества примеси Al в шихте приводит к появлению дефектных, трещиноватых кристаллов скелетной формы. Кубооктаэдрические и октаэдрические кристаллы, легированные Al, прозрачны, с легким желто-зеленым оттенком, что объясняется пониженным содержанием азота в таких кристаллах.
Влияние примесей Ti, Zr на морфологические характеристики алмаза также существенно. Кристаллы, росшие в присутствии этих металлов (см. рис. 142, б), имеют искаженный облик,
395 который постоянно осложнен сравнительно большим количеством хорошо развитых граней ромбододекаэдра и тетрагонтриокта-эдра. Так, алмазы, рост которых происходил в шихте добавками Ti или Zr (массовая доля 1—2%), отличаются не только совершенством огранки, но и богатством форм. Максимальное число наблюдавшихся на одном кристалле граней, помимо октаэдри-ческих, {110} — 8, {113}—16. Причем степень развития этих граней обычно неравномерна. Введение примесей Ti, Zr (массовая доля 1 %) в среду кристаллизации обусловливает образование совершенно бесцветных алмазов, что объясняется существенно пониженным в них содержанием азота. Установлено, что в присутствии Ti и Zr и особенно с повышением их концентрации число двойников алмаза уменьшается (см. рис. 140, в). Двойниковые образования в этом случае представлены двумя индивидами, чаще всего кубооктаэдрической и реже — октаэдрической формы.
