Як ростуть кристали в розчині - все про геології ()

Мал. 2. Регенерація грані призми кристала KDP при постійному пересиченні розчину.

Гвинтові дислокація - типовий дефект структури кристалів, обумовлений зсувом частини атомних площин на один або кілька атомних рядів (рис. 3а). Як видно з малюнка, в цьому випадку на двох протилежних гранях виникають сходинки, не зникають при зростанні кристала, а сам кристал являє собою одну атомну площину, яка утворює кручені поверхню. Коли частинки приєднуються до незаростаючі сходинці, вона закручується в спіраль, формуючи на межі дислокаційний горбок зростання. показаний на рис. 3б і 3в. Цей горбок поступово займає всю поверхню грані, і саме завдяки йому кристал починає рости (фото 5 - 8 на рис. 2). На грань може виходити багато гвинтових дислокацій, вони успадковуються з затравочного кристала, а також утворюються під впливом внутрішніх напружень. наприклад при захопленні мікроскопічних включень розчину або сторонніх часток. На останніх фото рис. 2 видно, що на межі вже сформовано кілька дислокаційних горбків, але можна помітити, що крутизна їх різна.

Мал. 3. Схеми гвинтовий дислокації (а) і дислокационного горбка, який формується двома дислокациями (б, в).

Між дислокаційними горбками зростання йде конкуренція, причому перемагає найкрутіший горбок. Він і займає всю поверхню грані, якщо пересичення розчину залишається постійним досить тривалий час (фото 1 на рис. 4). При зміні пересичення можуть з'явитися інші, більш круті в цих умовах пагорби. Серед них знову переможцем з часом стане найбільш крутий. Якщо повернутися до колишнього значення пересичення, процес виявиться повністю оборотним. Малюнок 4 ілюструє це явище.

Мал. 4. Конкуренція між дислокаційними горбками при зміні пересичення розчину. (1); 0,03 (2 - 6); 0,02 (7 - 12).

Запишемо тепер кілька співвідношень, що характеризують швидкість росту кристалів. Діюча сила кристалізації називається пересиченням:

де C - дійсна концентрація. а С0 - концентрація насиченого розчину, тобто розчину, що знаходиться в рівновазі з кристалом. Швидкість u руху ділянки ступені по поверхні залежить від радіуса кривизни цієї ділянки r: