Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Изучались также сколы образцов, предварительно отожженных при температуре 700 °С в течение одного часа. Для отожженных помутневших кристаллов характерно наличие глобул изометрической (близкой к шарообразной) формы (рис. 35). Более мелкие (0,02—0,04 мкм) частицы исчезают. В отдельных случаях наблюдалось, что некоторые глобулы несут следы огранки, что дает основание для отнесения их к пустотам. Иногда (нагрев при температуре 400—500 °С) снимки фиксируют промежуточные стадии процесса преобразования включений. По мере исчезновения мелких включений, очевидно, вследствие диффузии, примесная фаза образует в кристалле более крупные (0,3—0,4 мкм) сегрегаты. С увеличением температуры и продолжительности отжига в цен-
1231
тре таких сегрегатов возникают шаровидные пустоты размером от 0,03 до 0,1 мкм, от которых в одном направлении следуют взаимно параллельные ступени длиной около 0,5 мкм. Рельеф скола прокаленного кварца характеризуется напряженностью. Поверхностные неоднородности связаны, по-видимому, с более крупными микротрещинами. Количество пустот в кварце с концентрацией натрия порядка 2-10~2 %. отожженном в течение часа при температуре 700 cC, равно 8- IO8 см-2. Травление термообработанных образцов в HF вначале превращают пустоты в трехгранные плоскодонные ямки (см. рис. 35). Увеличение экспозиции травления так же, как и для неотожженного кварца, вызывает расширение ямок и увеличение числа граней на них. Поскольку ямки плоскодонные, рассматриваемые дефекты не могут быть отнесены к каналам. Это подтверждается еще и тем, что форма дефектов не меняется на сколах различной ориентации.
Проведенные наблюдения свидетельствуют о том, что опалес-цирующий синтетический кварц содержит частицы коллоидно-дисперсной примесной фазы, равномерно распределенные в кристалле. В процессе нагревания (в результате диффузии) примесь образует более крупные сегрегаты, в центре которых возникают изометрические (частично ограненные) пустоты, которые (наряду с микротрещинами) вызывают интенсивное рассеяние света.
/
Природа неструктурной примеси
На ранних стадиях разработки промышленной технологии выращивания кристаллов кварца было распространено мнение, согласно которому неструктурную примесь в синтетическом кварце отождествляли с «тяжелой фазой» — продуктом расслоения гидротермального щелочного раствора. В какой-то мере подобная точка зрения была связана с выводами авторов работы [15], которые на основании экспериментальных данных построили рГ-диаграмму четырехкомпонентной (SiO2 — Na2O — CO2 — H2O) существенно водной системы, определяющую область двухфазного равновесия для двух значений концентрации содового раствора. Согласно этим данным, в области достаточно высоких давлений (при температурах промышленного синтеза) можно вести перекристаллизацию в условиях, при которых не будет происходить расслоение рабочего раствора и, следовательно, растущие кристаллы не будут захватывать продукты расслоения.
При проведении перекристаллизации с достаточно высокими скоростями (как в экспериментальных, так и в промышленных автоклавах) были получены кристаллы с неструктурной примесью, несмотря на то, что рГ-параметры процесса отвечали условиям однофазного состояния системы. И, наоборот, в области расслоения неоднократно были синтезированы кристаллы без неструктурной примеси. Для этого необходимо было лишь понизить скорость кристаллизации. Следует подчеркнуть, что достоверность определения границ области расслоения на рТ-диаграмме не вызывала сом-124нений, поскольку данные подтверждались результатами наблюдений за количеством «тяжелой фазы», выделяющейся на дне автоклава в опытах при различных (20—200 МПа) давлениях.
Возможность взаимодействия «тяжелой фазы» с растущими кристаллами кварца рассматривались Л. В. Брятовым [5]. Он указывал, что влияние «тяжелой фазы» на процесс роста кварца сводится к осаждению ее на растущем кристалле, что затрудняет доступ питательного материала. Консервация коллоидно-дисперсных частиц, выделяющихся при расслоении растворов, конечно, может иметь место. Она неоднократно нами наблюдалась в тех случаях, когда опыты проводились при относительно низких (<0,70) степенях заполнения. Кристаллы с зональными (опалесцирующими) прослоями кварцевого геля описывались Н. Н. Шефталем еще в 1955 г. Если процесс расслоения протекает интенсивно в начальную стадию кристаллизации, то на затравках появляются «потеки», образованные выделениями «тяжелой фазы», которые в дальнейшем зарастают, причем в наросшем слое возникают дефекты, обусловленные блокировкой. Наряду с этим материал пирамиды <с> может формироваться со скоростью свыше 1 мм/сут в условиях, когда один из основных компонентов неструктурной примеси (натрий) включается в кварц в весьма больших (свыше 5- IO^2 %) количествах, но явлений, сопровождающих блокировку растущих поверхностей, при этом не наблюдается.
Поскольку гидротермальную перекристаллизацию можно отнести к процессам массопереноса, осложненным химическими реакциями, то неструктурную примесь следует рассматривать как коллоидно-дисперсный продукт реакции взаимодействия кремнезема с гидроксидом натрия.