Файл: Лодиз, Р. Рост монокристаллов.pdf

28 Р . Л О Д И З . Р О С Т М О Н О К Р И С Т А Л Л О В

температуре не превышает одну на кристалл. Это можно пока­ зать следующим образом [24].

Изменение свободной энергии Гиббса в ходе того или иного процесса в кристалле, ведущего к образованию дефекта, дается

ции, велика, а энтропия мала и потому дислокации, как правило, термодинамически неустойчивы. Таким образом, можно вы­ растить бездислокационные кристаллы, но нельзя получить безвакансионные кристаллы. Вакансии нарушают равновесие зарядов в кристалле. Катионная вакансия, например, означает

зарядов. Таким образом, концентрации вакансий, атомов внед­ рения или соответствующих атомов замещения связаны надле­ жащими условиями равновесия, следующими из закона дей­ ствующих масс, что позволяет иногда снизить концентрацию де­ фектов одного вида ценой повышения концентрации дефектов другого.

Межзеренные границы

Если угол между соседними кристаллитами мал, то возни­ кающая при этом малоугловая межзеренная граница состоит из выстроившихся в ряд дислокаций [29]. На фиг. 1.10 схематически

видеть, разориентация достигается введением ряда краевых ди­ слокаций, показанных в виде перевернутых букв Т. Подобным же образом винтовые дислокации образуют малоугловые межзеренные границы кручения [30].

Краевые дислокации могут образовываться при пластиче­ ском изгибе кристалла, обычно располагаясь при этом, как по­

(а)и после перемещения дислокаций

(б). Для ускорения движения дисло­ каций обычно требуется отжиг, при­ чем некоторые дислокации взаимно уничтожаются (аннигилируют), когда они сходятся вместе в процессе движе­ ния. Атомы сохраняют свои нормаль­ ные положения в плоскостях, посколь­ ку дислокации перестраиваются, пере­ ползая в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа на фиг. 1.11. Такая перестройка происходит посредством движения вакансий в плоскости сколь­ жения. Возникающая картина напоми­ нает многоугольники (полигоны), так что кристалл называют полигонизован-

между отдельными областями мала и их размеры малы, то такие области называют мозаичными блоками. Обычно считают, что мозаичные блоки имеют размеры от нескольких сотен до не­ скольких тысяч периодов решетки с разориентировкой на не­ сколько угловых минут. Если размер и разориентация больше, то их считают зернами, ограниченными обычными малоугловыми границами. Таким образом, между мозаичными структурами и структурами, характеризующимися обычными малоугловыми межзеренными границами, имеется непрерывный ряд состояний упорядочения.

При определенных условиях вакансии могут перемещаться в кристалле и скапливаться с образованием неполной (частичной)

дислокации. Такая граница, как уже отмечалось, может быть следствием скопления дислокаций, а если углы между грани­ цами зерен достаточно велики, то образуется поликристалл. Та­ ким образом, можно говорить о непрерывности перехода по степени уменьшения порядка от идеального совершенного кри­ сталла к поликристаллическому материалу. О генезисе дислока­ ций и их роли при выращивании кристаллов говорится в гл. 3.

Подобным же образом может существовать последователь­ ность упорядоченных состояний от совершенного кристалла до стекла. Если обратиться, например, к расстекловыванию, то по мере протекания этого процесса дальний порядок возрастает до

тех пор, пока образующееся твердое вещество не станет явно кристаллическим. Частично упорядоченные стекла, такие, как пирокерамика, в которых степень упорядочения регулируют до­ бавлением зародышеобразующих катализаторов или управляе­ мой термической обработкой, стали важной статьей промышлен­ ной продукции.

Двойники

Важную роль в кристаллах играют еще два типа несовер­ шенств — двойники и дефекты упаковки. «Составные» кристал­ лы, в которых отдельные части связаны друг с другом опреде­ ленным кристаллографическим образом, называют сдвойникованными кристаллами. Двойниковые кристаллы называют про­

кристалла встречаются вдоль определенной плоскости, называе­ мой плоскостью сопряжения. В некоторых случаях два индиви­ дуальных кристалла связаны отражением в плоскости решетки, общей для обоих кристаллов. Такую плоскость называют пло­ скостью двойникования, причем она может совпадать или не со­ впадать с плоскостью сопряжения.

В полисинтетических двойниках картина двойникования по­ вторяется, а плоскостей двойникования имеется несколько. Если

сти разной ориентации, связанные двойниковыми отношениями, а

Двойниковые кристаллы можно классифицировать по спо­ собу их образования. Двойники, образовавшиеся в процессе выращивания, называют двойниками роста. Двойники могут воз­ никать и при механической деформации, например при скольже­ нии одной части кристалла кальцита или нитрата натрия относи­ тельно другой по плоскости скольжения.

Если вещество данного химического состава может существо­ вать в разных модификациях, то такие структурные модифика­ ции называют полиморфами. Если полиморфные модификации являются зеркальным отражением друг друга, то их называют энантиоморфами. Каждая полиморфная модификация стабильна при определенных условиях. У пары полиморфных модификаций данного вещества в координатах давление — температура обыч­ но есть линия, вдоль которой они сосуществуют; при переходе через эту линию одна модификация превращается в другую.

При переходе а-кварца в |3-кварц превращение обычно начинает­ ся во многих центрах. На фиг. 1.12 показана [31] проекция атомов кремния на плоскость (0001) для низкотемпературного а-кварца (а), высокотемпературного р-кварца (б) и возможного

станет двойникование с плоскостью двойникования АВ, на кото­ рой встречаются растущие участки. Такой двойник, на ориента­ цию которого влияет структура материала, из которого он образуется, называют дофинейским двойником. В кварце двой­ никование по дофинейскому закону называют электрическим двойникованием, поскольку оно сопровождается изменением пьезоэлектрических свойств. Двойники повернуты друг относи­ тельно друга на 180° вокруг одного из направлений (0001). Оси кристаллов параллельны, но полярность электрических осей обратная. Дофинейское двоййикование не влияет на оптические свойства кварца.