Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Специфика роста кристаллов синтетического кварца заключается в выращивании не на точечных, а на пластинчатых затравках, Необходимость использования таких затравок связана с тем, что во всех обследованных физико-химических условиях синтеза кристаллы кварца практически не нарастают по граням т гексагональной призмы. Из точечной затравки образуется кристалл в виде иглы, вытянутой вдоль оси z, с поперечным сечением, равным сечению гексагональной призмы, описанной вокруг этой затравки.
Для того чтобы вырастить крупный кристалл кварца, необходимо задать его сечение, перпендикулярное к оси с, протяженной затравкой. Это можно сделать, используя в качестве затравок пластины или стержни определенных кристаллографических ориента-Ций. Наиболее эффективны (в смысле получения максимального сечения кристалла при минимальной площади затравки) пластины, ориентированные параллельно плоскости пинакоида. В практике выращивания кристаллов кварца постепенно определился ассортимент затравочных пластин, применяемых для выращивания кристаллов различного назначения. Обычно используются затравочные пластины ориентации (ОООІ)с, (1120) (±х). Для некоторых Целей, например для выращивания ювелирных разновидностей кварца, используют пластины (1011)/? и (01І1) A-OpHeHTaunft. Как
19 Рис. 1 Кристаллы синтетического кварца, выращенные на затравках разлнЧ' ной ориентации.
а — с-кристалл; б — дг-кристалл; в — г-кристалл
уже отмечалось, иногда в качестве затравок применяют стержни, параллельные механической оси у. В этом случае эффективное разрастание кристаллов происходит не только в направлении оси 2, но и в направлениях +х и —х. Скорости нарастания кварца в этих направлениях примерно того же порядка, что и у гшна-коида. Использование в качестве затравок протяженных затравочных пластин и стержней приводит к тому, что форма и размеры выращиваемых кристаллов кварца в значительной степени определяются формой и размером затравочной пластины или стержня. Только при очень длительном выращивании или использовании затравочных пластин малых размеров конечная форма кристалла содержит грани с минимальными скоростями роста. Такими являются грани ти/?, которые и формируют так называемую стабильную форму синтетического кварца. Во всех остальных случаях на кристалле присутствуют нестабильные грани и поверхности. С увеличением времени выращивания удельная доля этих поверх-20 Рис. 3. Секториальное и зонарное строение некоторых типов кристаллов синтетического кварца, выявленных у-°блучением.
а — с-кристалл; б — г-кристалл; в — х-кристалл
ностей в огранке кристалла уменьшается, и все большую площадь поверхности занимают грани гексагональной призмы и основных ромбоэдров.
Для выращивания кристаллов кварца можно применять затравочные пластины самых различных ориентаций, в том числе и иррациональных. Применение заготовок указанных ориентаций в первую очередь определялось требованиями к качеству выращиваемых кристаллов. Проведенными исследованиями было пока-зано, что на различно ориентированных затравках образуются кристаллы с различной однородностью и различной степенью дефектности. Наиболее однородные и в значительной степени «монопирамидные» кристаллы удается получить именно на затравках указанных выше ориентаций. На рис. 1 приведены фотографии кристаллов, получаемых на затравках различных ориентаций. Следствием гранного механизма роста кристаллов синтетического кварца является их ярко выраженное секториальное строение. На рис. 2 представлено идеализированное секториальное строение для различных типов кристаллов кварца. Захват структурных и неструктурных примесей существенно зависит от кристаллографической ориентации поверхности затравки скорости и других условий роста. Поэтому возникающие неоднородности распределения примесей по пирамидам' и зонам роста (в пределах каждой пирамиды) образуют секториальное и зонарное строение (рис. 3).
21 Особенности такого строения и определяют внутреннюю морфологию кристаллов кварца. Макроскопическое распределение примесей осложняется явлением «вторичной секториальности» (образованием «паразитных» пирамид роста, по Г. Г. Леммлейну) и двойникованием кварца. Известно, что реальные грани даже в случае медленного роста, не говоря уже о стабильных и быстро нарастающих поверхностях, не являются идеальными плоскостями, а имеют характерный для данной грани или поверхности рельеф, состоящий либо из акцессорий (холмиков) роста, либо из участков граней других индексов («поверхности вырождения»). Поскольку коэффициент захвата примесей чрезвычайно чувствителен к изменению ориентации растущей поверхности, нарастание такой «рельефной» грани приводит к образованию «вторичной секториальности» в пределах данной пирамиды роста. Аналогичные искажения вносят также ростовые двойники.
Гидротермальная растворимость и физико-химические условия синтеза кварца в различных водных системах
Управление процессом перекристаллизации диоксида кремния в гидротермальных условиях основывается на использовании термобарических зависимостей растворимости кремнезема в различных средах. Знание зависимостей растворимости модификаций кремнезема в водных растворах и чистой воде от температуры, давления, состава растворителя и других факторов позволяет выбрать режим роста кристаллов, обеспечивающий необходимое их качество (рис. 4).
