ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Формы роста и растворения кристаллов из "Кинетика образования новой фазы" Приступая к изложению опытных данных, следует, прежде всего, отметить абсолютно достоверный факт, с которым неизменно — при любых случайных обстоятельствах — встречается внимательный наблюдатель или экспериментатор чем меньше пересыщение среды, тем правильнее растет кристалл. С увеличением пересыщения возникают дефекты, приводящие в конце концов к тому, что при высоких пересыщениях вообще обра.зуются лишь агрегаты, состоящие из многих отдельных кристалликов. [c.107] Наряду со сказанным надо отметить ряд экспериментальных фактов, выявленных в специально поставленных опытах, и относящихся главным образом к области небольших пересыщений. Из этих опытов особого внимания заслуживают те, в которых процессы роста и растворения протекали на кристаллах, в исходном состоянии ил1евших форму выпуклой или вогнутой сферы, и, следовательно, в этих процессах принимали участие все мыслимые тины граней. С этих опытов мы и начнем. Внешней фазой во всех этих опытах был раствор, и уже это определяет трудности теоретической интерпретации экспериментов, выводы из которых могут однако иметь общее зпачепие. Шлифованные или полированные кристаллические шары в процессах роста становятся матовыми, за исключением определенно ориентированных блестящих и мерцающих областей. На матовых участках поверхность продвигается вперед быстрее. В результате возникает ограпение кристалла плоскими гранями. В дальнейшем грани распространяются, а матовые промежуточные области сокращаются в конце концов образуются углы и ребра. Одновременно выявляются различия в скоростях роста граней, что приводит в итоге к исчезновению наиболее быстро растущих из них. Конечная форма роста, таким образом, оказывается ограниченной только некоторым — относительно малым — числом плоских граней в дальнейшем эта форма сохраняется неизменной. Отсюда следует, что мы можем различать три вида поверхностных мест 1) сохраняющиеся на кристалле истинные грани роста-, 2) промежуточные грани роста, 3) не четко выраженные части поверхности. [c.107] Растворение шаровидных кристаллов протекает существенно иначе. Плоские грани при этом не возникают, и в конце остается тело, ограниченное искривленными поверхностямп, которые соприкасаются друг с другом по более или менее острым ребрам и углам. При полых шарах (вернее полых полушариях), наоборот, растворение приводит к плоскому огранению, в то время как рост ведет к нерегулярному огранепию. [c.108] Молекулярно-теоретическое истолкование этих фактов проводилось главным образом на примере решетки Na l, и до известной степени оно удалось. Однако оно пе дало ответа па вопрос какие из поверхностных элементов шара в процессе роста проявляются в качестве видимых плоскостей В настоящее время должны довольствоваться и тем, что некоторые теоретические предсказываемые грани обнаруживаются экспериментально. [c.108] Выделение на молекулярно-теоретической основе остальных сечений решетки тем же методом, которым феноменологически были выделены части новерхпостн, названные промежуточными гранями роста, представляет собой значительно более трудную и к настоящему времени до конца не разрентенную задачу. Все эти грани в процессе роста не сохраняют свою плоскостность в течение длительного времени — наступает их огрубление. По-видимому, из всех граней следует особо выделять те, па которых вновь выделившийся строительный элемент, для того чтобы достичь условия i i fi , требует добавочной связи в одном направлении, т. е. следует выделить те грани, рост которых связан с образованием одномерных зародышей. При продолжающемся огрублении на пих можно оптически выявить полосчатость в теоретически предсказанном направлении цепочек, подобно тому как это было установлено на грани (110) при росте шара Na l. В остальном, однако, феноменологически никаких преимуществ для их появления не имеется. Так, грань (110) у Na I проявляется даже менее отчетливо, чем (111) и (210), и исчезает быстрее их. [c.110] Из сказанного выше видно, что молекулярно-теоретические соотношения, описывающие процессы роста, если не ограничиваться истинными гранями, весьма сложны даже в случае простейшей решетки. Эксперимент с ростом шара, задуманный для выявления простых соотношений, оказывается в действительности случаем, сложным для анализа. [c.112] Эксперимент с растворением шара, в отличие от опыта с ростом, до сих пор не получил обстоятельной молекулярно-теоретической трактовки. Поэтому мы ограничимся противопоставлением областей, соответствующих истинным граням роста, остальным частям поверхности. Строительные элементы в гранях роста связаны прочнее, чем во всех других участках поверхности. С этим согласуется тот факт, что на этих гранях их связь самая слабая. Согласно (7) сумма работ отделения от блока и из верхней плоскости блока равна работе, требуемой для изъятия строительного элемента из объема решетки таким образом, (бо —eaд) — —(ео — бвн) = 2(ёо — е ). Чем меньше одно из слагаемых, тем больше другое. Строительные элементы, способные к отделению, появляются только тогда, когда в верхней плоскости решетки возникает люк. Наименьшая ямка, у которой краевые строительные элементы характеризуются средним значением х Х1 СЦиоо представляет собой двумерный полый зародыш. Можно убедиться, что полый зародыш при недосыщении А[х по форме и величине в точности совпадает с двумерным зародышем на плоскости решетки при том же по величине пересыщении. Для других частей поверхности такая работа образования двумерного полого зародыша отсутствует, и поэтому на них отделение строительных элементов протекает легче. Отсюда следует, что растворение истинных граней роста должно протекать постепенно, начинаясь у краев. Условия для образования плоских граней везде отсутствуют и в результате возникает тело с закругленной поверхностью, на котором области истинных граней роста выступают в виде тупых углов или ребер. [c.112] Таким образом, теория оказалась в состоянии удовлетворительно объяснить существенные черты явлений построения и разрушения монокристаллов, включая также некоторые детали, которые здесь приходится опустить. Наконец, она оказалась в состоянии объяснить упомянутый ранее факт, заключающийся в том, что правильный рост монокристалла может реализоваться лишь при не слишком высоком пересыщении, С повышением пересыщения работа образования двумерного зародыша уменьшается. По сравнению с разрастанием возникновение нового слоя становится все чаще. Это последовательно приводит к многослойному росту с возрастанием чис.па дефектов, к формированию мозаичного кристалла с возрастающим нарушением его компактности и в итоге — при возможности других ориентаций — к неупорядоченному кристаллическому агрегату, В неидеальных кристаллах порядок в каком-либо одном направлении может сохраняться более длительно, чем в другом — возникает текстура. [c.113] Проведенное рассмотрение предполагало идеальную чистоту вещества, которая в действительности никогда не достигается. Посторонние молекулы, даже в количестве минимальных следов, оказывают существенное влияние на рост, особенно если они не могут войти в решетку в качестве компонентов смешанного кристалла (А. Смекал [76]). Во-первых, посторонние вещества могут изменять внешнюю форму растущего кристалла. Во-вторых, они приводят к появлению нарушений в кристаллической решетке. Такие дефекты строения ответственны за многие физические свойства кристалла. Они выявляются также в процессе растворения, протекающего при этом путем отделения более крупных структурных блоков [77]. [c.113] Как известно, вопрос об дефектах строения и их ответственности за различные физические свойства кристаллов является предметом оживленных дискуссий. Однако следующие положения можно считать бесспорными существует много причин, вызывающих нарушение идеального строения решетки и соответственно много видов ошибок ее строения. [c.113] Наряду с этими низкими ступенями часто возникают и поли-молекулярные ступени, более медленно продвигающиеся по поверхности, в остальном, одпако, в более грубом виде воспроизводя ту же картину. Появление полимолекулярных слоев можно рассматривать как результат высокого пересыщения или других обстоятельств, вызывающих отклонение от идеального процесса. Образованию зародышей с многократным наслоением плоскостей решетки — частому явлению в условиях высокого пересыщения — могут благоприятствовать и другие обстоятельства. Ступени увеличивают свою высоту за счет настигающих их мопомолекуляр-ных слоев, становясь при этом видимыми в микроскоп. Такие по-лимолекулярпые слои наблюдались [85] многократно. [c.116] Можно считать, что этими наблюдениями доказан слоевой характер отложения плоскостей решетки, даже если мономолеку-лярпые слои не всегда могли быть выявлены. Экспериментальным подтверждением представления о двумерном образовании зародышей служит и тот факт, что для роста кристалла необходимо некоторое конечное пересыщение, в противоположность процессу на жидких каплях, который происходит даже при самом минимальном отклонении от равновесия. [c.116] Уже в ранних опытах по росту кристаллов в очепь слабо пересыщенном растворе многократно отмечалось, что па некоторых гранях процесс роста не выявляется. Недавно этот факт был подтвержден А. Нейгаузом [90] на гранях куба Na l. При этом было особо отмечено еще и то, что рост граней кристалла отсутствует, когда они граничат с другими, явно растущими гранями. Очевидно, это явление связано с тем, что обычно двумерные зародыши возникают у углов (и, возможно, ребер). Одиако в случае огра-пения быстро растущими гранями пересыщение в этих зонах оказывается более низким отчасти вследствие образования диффузионных двориков, а отчасти, возможно, и вследствие отвода строительных элементов на соседние грани. [c.116] Состояние равновесия в системе пар — атомная решетка можно представить себе примерно следующим образом. [c.118] Вернуться к основной статье