Поведение твёрдых растворов при охлаждении

Минералы – твёрдые растворы, как правило, отвечают системам с ограниченной взаимной растворимостью при пониженных Т (показывать картинки систем). При снижении Т наступает пересыщение и происходят явления распада высокоТ твёрдых растворов. Распадающиеся твёрдые растворы можно разделить на три обширные группы.

1 группа. Распад гомогенного твёрдого раствора на две или несколько фаз, отличающихся по составу, но имеющих одинаковые кристаллические решётки. Типичные примеры – магнетит FeFe₂O₄ – герцинит FeAl₂O₄– ульвошпинель Fe₂TiO₄, касситерит SnO₂ – рутил TiO₂, ильменит FeTiO₃ – гематит FeFeO₃ – корунд AlAlO₃…, Au – Ni…(рис.). На доске – с пояснением –это солидус, а это – сольвус. Структуры исходного тв. р-ра, золота и сплава золото-никель – все ГЦК.

2 группа. Из гомогенного неупоряд. тв. р-ра выделяются одно или несколько упорядоченных фаз, отличающихся по составу и структуре. Рисунок на доске системы железо-алюминий с комментарием – зачитать.

3 группа. В результате распада возникают промежуточные фазы, кристаллическая решётка которых существенным образом отличается от структуры материнской фазы. Такой распад реализуется в частности в твёрдых растворах интерметаллидов, например в системе Au – Cu (рис).

На субсолидусной фазовой диаграмме твёрдых растворов кривая, ограничивающая двухфазную область, называется линией растворимости. Это сольвус (не путать с солидусом!). Рост давления существенно повышает Т сольвуса. Рисунок. Линия растворимости = сольвус равновесный или химический. Сольвус кинетический или как его обычно называют – когерентный расположен несколько ниже по Т и несколько уже по концентрациям компонентов. Рисунок.

Распады тв р-ров двух типов.

1 тип – когерентный, распад гетерогенный с образованием зародышей новых фаз - возникают хорошо Вам знакомые пластинчатые срастания двух фаз (калишпат и альбит, халькопирит и борнит, пирротин и пентландит…). Такого типа распад проявляется при достаточно медленном остывании. Если же остывание достаточно быстрое, то когерентный распад происходит только в твёрдых растворах, бедных вторым компонентом. Рисунки – камни.

2 тип – спинодальный, распад гомогенный, идущий без образования зародышей сразу по всему объёму кристалла, возникает при полной потере устойчивости – и по степени переохлаждения, и по степени пересыщения. Спинодальный сольвус или просто спинодаль ограничивает на фазовой диаграмме область абсолютной неустойчивости гомогенного высокоТ тв. р-ра (рисунки). Что это за область и как в неё попасть? Область по концентрациям – ближе к центру системы, по температурам заметно ниже когерентного сольвуса. Попасть в эту область обычно можно при быстром охлажении. Спинодаль включается только при быстром охлаждении, но не при закалке, не при катастрофически быстром охлаждении Структуры спинодального распада обычно чрезвычайно тонкие. Одним из красивых следствий теории спинодального распада является вывод о об образовании периодических распределений концентраций компонентов, о концентрационных волнах, бегущих по превращающемуся кристаллу. Типичные продукты спинодального распада – криптопертитовые срастания калишпат-альбит…

Толщина – ширина доменов структур распада – функция Т и скорости остывания. Соответственно, те и другие величины можно оценить. Интересные примеры таких оценок для горных пород Земли и Луны даны в книге Наталии Хисиной, которая есть в списке литературы.

Поскольку структуры спинодального распада чрезвычайно тонкие, постольку они в геологическом времени мало устойчивы, со временем происходит их превращение в стандартные пластинчатые ламеллярные структуры распада, укрупнение пластин – огрубление структур распада. Толщина пластин распада равновесных является функцией Т, при более низких Т возникают тонкие пластины, при более высоких Т – значительно более толстые.

Дата добавления: 2015-08-18