Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
чивые быстрорастущие грани и иррациональные плоскости. Поэтому значительные изменения относительных скоростей роста обычно имеют место для комбинации устойчивая грань — неустойчивая поверхность роста. Если такие плоскости в силу геометрических факторов могут оказаться смежными, то условию существования неустойчивой грани к, смежной с устойчивой гранью I, будет отвечать неравенство vK^.vi. В случае торможения роста грани I или значительного относительного увеличения скорости роста грани к на последней возникнут пирамидальные или ребристые субиндивиды, покрытые фрагментами грани I. Вырождение грани с при высоких температурах с этой точки зрения происходит вследствие резкого увеличения относительной скорости роста граней c/R, г. Аналогичный эффект имеет место и в случае выращивания при низких пересыщениях (скорости роста граней R и г убывают быстрее, чем для грани с). Видимо, поэтому поверхность базиса проявляет большую устойчивость в растворах, характеризующихся повышенным температурным коэффициентом растворимости кварца.
171 Таким образом, было показано, что основными причинами
прокольного роста являются следующие:
1. Температура роста. Каждая быстрорастущая пирамида роста кварца имеет свой определенный предел устойчивости, а именно: при повышении температуры роста выше критической пирамида роста проявляет склонность к прокольному росту. При этом отмечается, что в лабораторных сосудах с большой величиной отношения отклонением длины к диаметру (т. е. улучшенной конвенцией) критическая температура на 10—15 °С выше, чем в больших промышленных сосудах.
2. Морфологические особенности поверхности роста. При возникновении прокольного роста очень важно состояние поверхности затравки, а именно: наличие углублений и каналов способствует прокольному росту. Аналогичный эффект оказывает отклонение плоскости затравки от плоскости пинакоида (косые срезы). Следует также отметить, что в большинстве случаев начало прокольного роста приурочено к границам секторов и пирамид роста.
3. Состав системы роста. При прочих равных условиях на появлении вырождения сказываются применение растворов, в которых имеет место выпадение твердых частиц (калиевые растворы или щелочные растворы с большой концентрацией примеси алюминия); применение низкоконцентрированных щелочных растворов (или, что эквивалентно, растворов бикарбоната натрия).
Формально появление вырожденного роста связано с возрастанием (по тем или иным причинам) крутизны конусов роста, причем, начиная с определенного момента, эта коническая поверхность вытесняется участками плоскостей, близкими по своей ориентации к граням дипирамиды или трапецоэдров сложных индексов. Особенно характерно появление таких участков вырожденного роста на границах между пирамидой пинакоида и ромбоэдров или положительной тригональной призмы. Немаловажным фактором является то, что участки вырожденного и нормального роста сосуществуют длительное время в пределах одной пирамиды (пинакоида) без заметного нарушения сложности кристалла. Это приводит к тому, что внешне заметно не различающиеся кристаллы могут содержать области с существенно различными физическими характеристиками (например, добротностью). Разумеется, внимательный просмотр поверхности пинакоида позволяет выявить наличие таких участков вырожденного роста, однако в заготовках (где поверхность роста срезана или сошлифована) эти участки без применения отжига или облучения выявить визуально невозможно.
Проблема устойчивости гранных форм роста кристаллов обсуждалась в ряде работ, например, в работе А. А. Чернова [32] Поскольку пирамида пинакоида относится к типу вицинальных с существенно анизотропной поверхностной кинетикой, общего решения, описывающего эволюцию поверхности роста во времени при данных условиях выращивания, нет. 172 В обзоре А. А. Чернова [32] была рассмотрена задача об устойчивости форм роста с анизотропной поверхностной кинетикой. Соответствующие уравнения можно записать так:
D =Apv(CZR), n(R)-
дп
(8)
D = ? (п) (C-Ce),
дп
где D — коэффициент диффузии; v—скорость роста элемента поверхности вдоль направления его нормали; ? (п) — кинетический коэффициент; С—концентрация раствора, Ce — равновесное значение концентрации; Ap — разность плотности кристалла (ps) и раствора; п — истинная ориентация поверхности в точке R или ориентация поверхности, усредненная по элементам ее микрорельефа.
В последнем случае уравнение (8) справедливо для нормального роста. Везде о= (С—Се)/Се при росте из раствора.
Удобнее пользоваться скоростью Ф (а, п), определяемой вдоль нормали M0 к кристаллографически простой грани по формуле:
<D(n) = v(n)/cos(n, n0) = v(p, ?)V1 + P2 + <?2>
где p = dz/dy; q = dzjdy; п\\{р, q—1}, a z=z(x, у, ^—уравнение поверхности.
В дальнейшем принимается, что ось Zlln0 (p — q, q — 0).
Скорость Ф зависит от пересыщения на поверхности:
b(n) = $(n)/cos(n, п0); или Арф = D = Ъ (п)/(с — се).
дп
Анизотропия грани, сингулярной по отношению к изменениям р (при малых р и q<0), можно описать формулой:
