WikiDer > Кристаллическое двойникование

Crystal twinning
Схема двойниковых кристаллов альбит. На более совершенном сколе, параллельном базисная плоскость (P) представляет собой систему тонких полос, параллельных второму сколу (M).

Кристаллическое двойникование происходит, когда два отдельных кристалла используют одни и те же кристаллическая решетка точки симметрично. Результатом является срастание двух отдельных кристаллов во множестве конкретных конфигураций. Поверхность, вдоль которой точки решетки разделяются в двойниковых кристаллах, называется композиционной поверхностью или плоскостью двойников.[1]

Кристаллографы классифицируют двойниковые кристаллы по ряду близнецовых законов. Эти двойные законы характерны для кристаллическая система. Тип двойникования может быть диагностическим инструментом при идентификации минералов. Двойникование - важный механизм постоянного изменения формы кристалла.[2]

Twinning часто может быть проблемой в Рентгеновская кристаллография, поскольку сдвоенный кристалл не дает простого дифракционная картина.

Двойные законы

Законы-близнецы определяются либо их двойными плоскостями (т.е. {hkl}), либо направлением двойных осей (т.е. [hkl]). Если двойниковый закон может быть определен простой плоской составной поверхностью, двойная плоскость всегда параллельна возможной грани кристалла и никогда не параллельна существующей плоскости симметрии (помните, что двойникование добавляет симметрию).

Если двойниковый закон представляет собой ось вращения, поверхность композиции будет нерегулярной, двойная ось будет перпендикулярна плоскости решетки, но никогда не будет четной осью вращения существующей симметрии. Например, двойникование не может происходить на новой 2-кратной оси, параллельной существующей 4-кратной оси.[3]

Общие законы близнецов

В изометрической системе наиболее распространенными типами близнецов являются закон Шпинеля (двойная плоскость, параллельная плоскости октаэдр), [111] где двойная ось перпендикулярна октаэдрической грани, а Железный крест [001], который представляет собой взаимопроникновение двух пиритоэдров, является подтипом додекаэдр.

В гексагональной системе кальцит показывает законы контактных близнецов {0001} и {0112}. Кварц показывает закон Бразилии {1120} и закон Дофине [0001], которые являются близнецами проникновения, вызванного трансформацией, и законом Японии {1122}, который часто возникает в результате несчастных случаев во время роста.

В тетрагональной системе циклические контактные близнецы являются наиболее часто наблюдаемым типом двойников, например, в рутил диоксид титана и касситерит оксид олова.

В орторомбической системе кристаллы обычно двойниковые в плоскостях, параллельных грани призмы, где наиболее распространенным является двойник {110}, который дает циклические двойники, такие как арагонит, хризоберилл, и церуссит.

В моноклинной системе близнецы чаще всего встречаются на плоскостях {100} и {001} в соответствии с законом Манебаха {001}, законом Карлсбада [001], законом Бравено {021} в ортоклаз, и близнецы-ласточкины хвосты {001} в гипс.

В триклинной системе чаще всего двойниковыми кристаллами являются полевой шпат минералы плагиоклаз и микроклин. Эти минералы демонстрируют законы альбита и периклина.[3]

Типы побратимства

Кварц - Япония близнец
Двойной крест из пиритного железа

Простые двойниковые кристаллы могут быть контактными двойниками или двойниками проникновения. Контактные близнецы совместно использовать единую композиционную поверхность, часто появляющуюся в виде зеркальных отражений через границу. Плагиоклаз, кварц, гипс, и шпинель часто обнаруживают контактное двойникование. Мероэдральное двойникование происходит, когда решетки контактных двойников накладываются друг на друга в трех измерениях, например, за счет относительного поворота одного двойника от другого. Примером является метазейнерит. В проникновение близнецы отдельные кристаллы имеют вид проходя через друг друга симметрично. Ортоклаз, ставролит, пирит, и флюорит часто обнаруживают двойное проникновение.

Оцинкованный поверхность с макроскопическими кристаллическими элементами. Двойные границы видны в виде полос внутри каждого кристаллит, наиболее заметно в нижнем левом и верхнем правом углу.

Если несколько частей двойного кристалла выровнены по одному и тому же закону близнецов, они называются несколько или же повторные близнецы. Если эти несколько близнецов выровнены параллельно, они называются полисинтетические близнецы. Когда несколько близнецов не параллельны, они циклические близнецы. Альбит, кальцит, и пирит часто показывают полисинтетическое двойникование. Близко расположенное полисинтетическое двойникование часто наблюдается как полосы или тонкие параллельные линии на поверхности кристалла. Рутил, арагонит, церуссит, и хризоберилл часто демонстрируют циклическое двойникование, как правило, по излучающей схеме, но в целом, исходя из взаимосвязи между двойной осью и двойниковой плоскостью, существует 3 типа двойникования:

1-параллельное двойникование, когда двойная ось и композиционная плоскость параллельны друг другу,
2-нормальное двойникование, когда двойная плоскость и композиционная плоскость лежат нормально, и
3-сложное двойникование, сочетание параллельного двойникования и нормального двойникования в одной композиционной плоскости.

Способы формирования

Есть три режима образования двойниковых кристаллов. Рост близнецов являются результатом прерывания или изменения решетки во время формирования или роста из-за возможной деформации более крупного замещающего иона. Отжиг или же трансформация близнецов являются результатом изменения кристаллической системы во время охлаждения как одно форма становится нестабильным, и кристаллическая структура должна перестраиваться или преобразовать в другую более стабильную форму. Деформация или же скользящие близнецы являются результатом напряжения на кристалле после его образования. Если металл с гранецентрированная кубическая (ГЦК) структура, такая как Al, Cu, Ag, Au и т. д., подвергается напряжению, в ней будет происходить двойникование. Образование и миграция двойниковых границ частично ответственны за пластичность и ковкость металлов с ГЦК.[4]

Деформационное двойникование - частый результат региональный метаморфизм. Кристаллическое двойникование также используется как индикатор направления силы в процессах горообразования в орогенез исследование.

Кристаллы, которые растут рядом друг с другом, могут быть выровнены, чтобы напоминать двойникование. Этот параллельный рост просто снижает энергию системы и не создает двойников.

Механизмы образования

Двойникование может происходить за счет кооперативного перемещения атомов вдоль грани двойниковой границы. Это перемещение большого количества атомов одновременно требует значительной энергии для выполнения. Следовательно, теоретическое напряжение, необходимое для образования двойника, довольно велико. Считается, что двойникование связано с движением дислокаций в скоординированном масштабе, в отличие от скольжения, которое вызывается независимым скольжением в нескольких местах в пространстве. кристалл.

Twinning и Slip - конкурентные механизмы для деформация кристалла. Каждый механизм является доминирующим в определенных кристаллических системах и при определенных условиях. В металлы с ГЦК, скольжение почти всегда преобладает, потому что требуемое напряжение намного меньше, чем напряжение двойникования.

По сравнению со скольжением, двойникование создает более четкую картину деформации. неоднородный в природе. Эта деформация создает локальный градиент по материалу и вблизи пересечений между двойниками и границами зерен. Градиент деформации может привести к разрушению по границам, особенно в ОЦК переходных металлах при низких температурах.

Отложение близнецов

Условия образования кристаллов в растворе влияют на тип и плотность дислокаций в кристалле. Часто бывает, что кристалл ориентирован так, что осаждение материала на одной части происходит быстрее, чем на другой; например, если кристалл прикреплен к какому-либо другому твердому телу, он не может расти в этом направлении. Если кристалл свободно подвешен в растворе и материал для роста подается со всех сторон с одинаковой скоростью, получается равномерно развитая форма.[1]

Двойные границы

Пятикратное побратимство в золото наночастица (электронная микрофотография).

Двойные границы возникают, когда два кристаллы однотипные срастания, так что между ними существует лишь небольшая дезориентация. Это высокосимметричный интерфейс, часто один кристалл является зеркальным отражением другого; Кроме того, атомы разделены между двумя кристаллами через равные промежутки времени. Это также интерфейс с гораздо меньшей энергией, чем границы зерен которые образуются при срастании кристаллов произвольной ориентации. Двойные границы также могут иметь более высокую степень симметрии, чем монокристалл. Этих близнецов называют миметический или же псевдосимметричный двойняшки.[1]

Двойные границы частично ответственны за ударная закалка и для многих изменений, которые происходят в холодная работа металлов с ограниченным системы скольжения или при очень низких температурах. Также они возникают из-за мартенситные превращения: движение двойниковых границ отвечает за псевдоупругое поведение и поведение памяти формы нитинол, и их присутствие частично отвечает за твердость из-за закалка из стали. В некоторых типах высокопрочных сталей двойники очень мелкой деформации действуют как основные препятствия движению дислокаций. Эти стали упоминаются как стали TWIP, где TWIP означает пластичность, вызванная двойникованием.[5]

Появление в разных структурах

Из трех общих кристаллических структур скрытая копия, fcc, и hcpГПУ-структура при деформации с наибольшей вероятностью будет образовывать двойники деформации, поскольку они редко имеют достаточное количество системы скольжения для произвольного изменения формы. Высокая скорость деформации, низкая энергия дефекта упаковки а низкие температуры способствуют двойникованию деформации.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Спенсер, Леонард Джеймс (1911). «Кристаллография». Британская энциклопедия. 7 (11-е изд.). С. 569–591. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  2. ^ а б Кортни, Томас Х. (2000) Механическое поведение материалов2-е изд. Макгроу Хилл. ISBN 1-57766-425-6
  3. ^ а б Нельсон, Стивен А. (2013) Двойникование, полиморфизм, политипизм, псевдоморфизм. Тулейнский университет
  4. ^ Че Ла, Нурул Акмал и Тригуэрос, Соня (2019). «Синтез и моделирование механических свойств нанопроволок Ag, Au и Cu». Sci. Technol. Adv. Матер. 20 (1): 225–261. Дои:10.1080/14686996.2019.1585145. ЧВК 6442207. PMID 30956731.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ Steinmetz, D.R .; Jäpel, T .; Wietbrock, B .; Eisenlohr, P .; Gutierrez-Urrutia, I .; Саид (2013), «Выявление деформационного упрочнения сталей с пластической двойникованием: теория, моделирование, эксперименты», Acta Materialia, 61 (2): 494, Дои:10.1016 / j.actamat.2012.09.064.

дальнейшее чтение

  • Hurlbut, Cornelius S .; Кляйн, Корнелис, 1985, Руководство по минералогии, 20-е изд., ISBN 0-471-80580-7

внешняя ссылка