Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Рентгеновские исследования монокристаллов алмаза, полученных в металлической шихте на основе Ni и Mn, показали, что макро- и ориентированные микровключения представляют собой интерметаллид NiMn с изменяющимися в пределах 10—15 % соотношением компонентов относительно их концентрации в шихте. В кристаллах, росших из шихты с добавками Ti, а также Ti и In и содержащих в Объеме скопления микровключений, обнаружена фаза гаусманита (МпО, МпОз). Так как количество вещества во включениях мало (не более 0,5%), на рентгенограммах наблюдаются только наиболее интенсивные линии гаусманита. В отдельных кристаллах, синтез которых проходил в присутствии Ti и In, в точечных неориентированных включениях идентифицирована фаза пирофанита MnTiO3 с величиной кристаллов порядка IO-6 м.
Карбид титана диагностирован в алмазах, обязательно содержащих во включениях гаусманит или пирофанит и имеющих каверны на поверхности. Есть все основания предполагать, что карбид титана присутствует в изучавшихся образцах не во включениях, а в виде фазы, располагающейся на поверхности каверн. Результаты рентгеновского и морфологического исследований показывают, что включения гаусманита и пирофанита представлены поликристаллами, беспорядочно рассеянными в алмазах. Очевидно, что эти минералы образуются в реакционной зоне одновременно с ростом алмаза. Среди изученных кристаллов не обнаружено образцов, в которых фазы гаусманита и пирофанита присутствуют одновременно. Следовательно, процессы образования этих минералов при синтезе алмаза неконкурирующие и отличаются неконтролируемыми в рассматриваемых условиях параметрами. Образование карбида титана, по-видимому, происходит на заключительном этапе синтеза и конкурирует с процессом роста алмаза. Поликристаллический характер изученных включений объясняется относительно высокой скоростью кристаллизации входящих в них фаз. Следует отметить, что ни в одном из образцов не обнаружено включений поликристаллического графита.
Кроме того, рентгенографирование кристаллов на установке ДРОН-2 в режиме дискретного сканирования с повышенной точ-404 Рис. 147. Включение металла-растворителя в алмазе, полученном в шихте С добавками Ti, In, As:
а — в отраженных электронах: б — в Ti Ka: в — в Mn Ka н г —в N' Ка-нзлучения (ув. 450)
ностью измерений позволило во включениях подтипа Ia и типа 2 некоторых образцов обнаружить фазы МпгзСб, Mn3C1 у-модифи-кацию Mn и Ni3C. Те же фазы, кроме двух последних, наблюдаются и в среде металла-растворителя, окружающего алмаз при его росте. Введение в шихту добавок В, In или As сопровождается появлением во включениях некоторых образцов таких фаз, как Mn2B, BNiIn, а также MnAs и InAs. Указанные фазы, по-видимому, образуют микровыделения, равномерно распределенные по включению.
Исследование включений в синтетических кристаллах алмаза рентгеноспектральным методом на установках «Микроскан-5» и MS-46 «Сашеса» с диаметрами зондов 0,5-10-6 и 10~6 м соответственно показало следующее. Металлические макровключения неоднородны по структуре и составу. В частности, в кристаллах, полученных в шихте с добавками Ti, In, As, вокруг сравнительно крупного включения (рис. 147), в состав которого входят преимущественно Ni и Mn, а также сравнительно малое количество Ti, располагаются мелкие включения, существенно обогащенные Ti. Анализ этих данных, а также результаты многочисленных локальных измерений показали,' что включения представляют собой матрицу с мелкими выделениями удлиненной формы. Хими-
405 ческий состав матрицы отвечает, скорее всего, твердому раствору Ti в интерметаллиде NiMn и изменяющимися соотношениями компонентов в пределах Ni (36—56 %), Mn (35—52 %), Ti(6,0—0,1%). При этом общее содержание металлов во включениях не превышает 98 % (остальное углерод и, возможно, азот). Количество Ti в выделениях, в отличие от матрицы включения, достигает 65 % масс., а общее содержание металла составляет 75—76 %.
Важно отметить, что элементы In и As, по данным рентгеноспектрального анализа, сравнительно равномерно распределены но матрице, и их содержание во включениях не превышает исходную концентрацию в шихте.
Приведенные результаты исследований позволяют заключить, что элементарный состав включений в синтетическом алмазе соответствует составу среды его кристаллизации, а фазовый состав включений окончательно формируется на стадии роста и при охлаждении реакционного объема по окончании процесса синтеза.
Изучение состава и распределение примесей в алмазе представляет интерес в первую очередь в связи с задачей получения полупроводниковых кристаллов. В природных алмазах электрически активными примесями являются азот (в случае, когда он присутствует не в агрегированной, а в парамагнитной форме, т. е. в замещающем углерод положении), который создает глубокие донорные уровни (~4эВ), практически играющие роль центров захвата, а также бор, ответственный за дырочную проводимость с энергией активации порядка 0,36 эВ.
В синтетических монокристаллах алмаза и бор и азот могут содержаться в сравнительно больших количествах.
