Границы и форма кристаллов в минеральных агрегатах

Во всяком поликристаллическом материале существуют границы, разделяющие соседние зёрна. На границах концентрируются структурные дефекты, это участки с более высокой энергией. Поэтому существует «движущая сила», которая стремится уменьшить поверхность границ и соответственно вызывает их движение. Кроме того, вдоль границ зёрен в минеральных агрегатах концентрируются флюидные включения, адсорбированные вещества и т.п. Коэффициенты диффузии на границах зёрен на несколько порядков выше, чем внутри зерна, а энергия активации примерно в два раза ниже. Образно говоря, границы зёрен – это дренажная система минеральных агрегатов.

Структура и типы границ зёрен. Мало угловые границы состоят из выстроенных в ряд дислокаций (ФМ-2, глава 7, рис. 1, стр. 403). Самые типичные границы – больше угловые (там же, рис. 2а и 2б). Такая граница содержит относительно большие промежутки между атомами, а также служит местом концентрирования атомов – примесей. Особый случай больше угловых границ – двойниковые границы. Атомы в плоскости двойниковой границы когерентны с каждым из прилегающих индивидов минерала, причём расстояния от этих атомов до первых ближайших соседей неизменны вдоль всей границы, несогласованность в расположении имеется только по отношению к вторым и более далёким соседям. Двойниковые границы можно рассматривать как единичные дефекты упаковки, т.е. границы с невысокой энергией.

Между разными минералами могут возникать когерентные границы, в особенности в агрегатах типа распада структур твёрдых растворов. Атомы вдоль когерентных границ принадлежат в равной степени обеим соседним минералам.

Большая доля энергии границы обусловлена отклонениями расстояний между соседними атомами на границе от равновесных величин. Дополнительная, но меньшая доля энергии границы обусловлена несогласо-ванностью в расположении вторых и более удалённых атомов. Поэтому, больше угловые границы обладают большей энергией, а двойниковые границы и границы между когерентными фазами – меньшей.

Движение границ зёрен. Движущая сила этого процесса – уменьшение свободной энергии при переходе атома через границу раздела с выпуклой стороны на вогнутую сторону, где атом приобретает большее число соседей на равновесных межатомных расстояниях. В результате при процессах отжига при достаточно высокой температуре граница движется по направлению к центру своей кривизны и большие зёрна растут за счёт меньших зёрен (ФМ-2, глава 7, рис. 7б, стр. 409). В итоге общая площадь границ в единице объёма сокращается.

На движение границ влияют величины зерна, температура, присутствие нерастворимых примесей и мелких частиц другой фазы. Зёрна меньшей величины обеспечивают большую движущую силу для перемещения атомов через границу. Когда движущаяся граница встречает на своём пути диспергированные частицы другой фазы, общая площадь границы должна увеличиться, а радиус кривизны на отдельных участках изменить своё направление. Поэтому рост зерна затормозится. Мелкие частицы другой фазы весьма эффективно тормозят рост зёрен матрицы.

Величина зёрен. В равнозернистом агрегате средняя площадь сечения зерна примерно равна 0.8 максимальной площади зёрен. В минеральных агрегатах может происходить аномальный рост зерна. Если данное зерно по каким-либо причинам стало значительно больше, чем окружающие зёрна, то оно получит дополнительные преимущества для дальнейшего роста, благодаря большей кривизне его границ (ФМ-2, глава 7, рис. 10).

В полиминеральном минеральном агрегате на взаимное расположение различных фаз большое влияние оказывает энергия их границ. Если межфазная энергия велика, то фаза-примесь сосредотачивается около вершин зёрен матрицы и для формы зёрен матрицы характерны больше угловые границы (ФМ-2, глава 7, рис. 14а). Если межфазная энергия мала, то фаза-примесь вытянута по границам зёрен матрицы, для формы зёрен матрицы характерны малые двугранные углы (ФМ-2, глава 7, рис. 14б).

После этих предварительных замечаний перейдём к рассмотрению явлений перекристаллизации.

Дата добавления: 2015-08-18