Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема двойниковых кристаллов альбита . На более совершенном сколе, параллельном базовой плоскости (P), расположена система мелких бороздок, параллельных второму сколу (M).

Двойникование кристаллов происходит, когда два отдельных кристалла имеют одни и те же точки кристаллической решетки симметричным образом. Результатом является срастание двух отдельных кристаллов во множестве конкретных конфигураций. Поверхность, по 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 специфичны для кристаллической системы . Тип двойникования может быть диагностическим инструментом при идентификации минералов. Двойникование - важный механизм постоянного изменения формы кристалла. [2]

Двойникование часто может быть проблемой в рентгеновской кристаллографии , поскольку двойниковый кристалл не дает простой дифракционной картины .

Двойные законы [ править ]

Двойные законы определяются либо их двойными плоскостями (т.е. {hkl}), либо направлением двойных осей (например, [hkl]). Если двойниковый закон может быть определен простой плоской композиционной 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 оси 2-го порядка, параллельной существующей оси 4-го порядка. [3]

Общие законы близнецов [ править ]

В изометрической системе наиболее распространенными типами двойников являются закон Шпинеля (двойная плоскость, параллельная октаэдру ) [111], где двойная ось перпендикулярна октаэдрической грани, и Железный крест [001], который является взаимопроникновение двух пиритоэдров, подтипа додекаэдра .

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

В тетрагональной системе циклические контактные двойники являются наиболее часто наблюдаемым типом двойников, например, в диоксиде титана с рутилом и оксиде олова касситерита .

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

В моноклинической системе близнецы чаще всего встречаются на плоскостях {100} и {001} в соответствии с законом Манебаха {001}, законом Карлсбада [001], законом Бравено {021} в ортоклазе и близнецами с ласточкиным хвостом {001} в гипс .

В триклинной системе наиболее часто двойниковыми кристаллами являются минералы полевого шпата плагиоклаз и микроклин . Эти минералы демонстрируют законы альбита и периклина. [3]

Типы побратимства [ править ]

Кварц - Япония близнец
Двойной крест из пиритного железа

Простые двойниковые кристаллы могут быть контактными двойниками или двойниками проникновения. Контактные близнецы имеют общую композиционную поверхность, часто появляющуюся в виде зеркальных отражений по границе. Плагиоклаз , кварц , гипс и шпинель часто обнаруживают контактное двойникование. Мероэдрическое двойникование происходит, когда решетки контактных двойников накладываются друг на друга в трех измерениях, например, путем относительного вращения одного двойника от другого. Пример - метазеунерит . В двойниках проникновения отдельные кристаллы кажутся симметрично проходящими друг через друга. Ортоклаз , ставролит, пирит и флюорит часто обнаруживают двойникование по проникающей способности.

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

Если несколько частей кристалла-близнеца выровнены по одному и тому же закону близнецов, они называются множественными или повторяющимися двойниками . Если эти множественные близнецы расположены параллельно, их называют полисинтетическими близнецами . Когда несколько близнецов не параллельны, они являются циклическими близнецами . Альбит , кальцит и пирит часто обнаруживают полисинтетическое двойникование. Близко расположенное полисинтетическое двойникование часто наблюдается в виде полос или тонких параллельных линий на поверхности кристалла. Рутил , арагонит , церуссит и хризобериллчасто проявляют циклическое двойникование, как правило, в форме излучения. 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 лежат параллельно 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 [ править ]

Есть три режима образования двойниковых кристаллов. Двойники роста являются результатом прерывания или изменения решетки во время формирования или роста из-за возможной деформации более крупного замещающего иона. Двойники отжига или трансформации являются результатом изменения кристаллической системы во время охлаждения, когда одна форма становится нестабильной, и кристаллическая структура должна перестраиваться или трансформироваться в другую, более стабильную форму. Деформация или скользящие двойники являются результатом напряжения кристалла после его образования. Если металл с гранецентрированной кубической(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 пластичность ГЦК-металлов. [4]

Деформационное двойникование - частый результат регионального метаморфизма . Кристаллическое двойникование также используется как индикатор направления силы в процессах горообразования в исследованиях орогенеза .

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

Механизмы формирования [ править ]

Двойникование может происходить за счет кооперативного перемещения атомов вдоль грани двойниковой границы. Это смещение большого количества атомов одновременно требует значительных затрат энергии. Следовательно, теоретическое напряжение, необходимое для образования двойника, довольно велико. Считается, что двойникование связано с движением дислокаций в согласованном масштабе, в отличие от скольжения, которое вызвано независимым скольжением в нескольких местах кристалла .

Двойникование и скольжение являются конкурирующими механизмами деформации кристалла . Каждый механизм является доминирующим в определенных кристаллических системах и при определенных условиях. В металлах с ГЦК-решеткой скольжение почти всегда преобладает, поскольку требуемое напряжение намного меньше напряжения двойникования.

По сравнению со скольжением двойникование создает более неоднородную по своей природе структуру деформации . 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 [ править ]

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 [ править ]

Пятикратное двойникование в золотой наночастице ( электронная микрофотография ).

Двойные границы возникают, когда два кристалла одного типа срастаются так, что между ними существует лишь небольшая разориентация. 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 миметическими или псевдосимметричными . [1]

Двойные границы частично ответственны за ударное упрочнение и многие изменения, которые происходят при холодной обработке металлов с системами ограниченного скольжения или при очень низких температурах. Кроме того, они возникают из - за мартенситные превращения : движение границ двойников отвечают за псевдоупругое и память формы поведения нитинола , и их присутствие частично отвечает за твердость за счетом закалки 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, вызванную двойникованием .[5]

Появление в разных структурах [ править ]

Из трех распространенных кристаллических структур ОЦК , ГЦК и ГПУ , ГПУ-структура с наибольшей вероятностью образует двойники деформации при деформации, поскольку они редко имеют достаточное количество систем скольжения для произвольного изменения формы. Высокие скорости деформации, низкая энергия дефектов упаковки и низкие температуры способствуют образованию двойников при деформации. [2]

См. Также [ править ]

  • Macle
  • Оловянный крик
  • Икосаэдрические близнецы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Спенсер, Леонард Джеймс (1911). «Кристаллография»  . Encyclopdia Britannica . 7 (11-е изд.). С. 569–591. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  2. ^ a b Кортни, Томас Х. (2000) Механическое поведение материалов , 2-е изд. Макгроу Хилл. ISBN 1-57766-425-6 
  3. ^ a b 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. Mater . 20 (1): 225–261. DOI : 10.1080 / 14686996.2019.1585145 . PMC 6442207 . PMID 30956731 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  5. ^ Steinmetz, DR; Jäpel, T .; Wietbrock, B .; Eisenlohr, P .; Gutierrez-Urrutia, I .; Saeed (2013), "Выявление деформационного упрочнения поведение двойникующих-индуцированной пластичности сталей: теория, моделирование, эксперименты", Acta Materialia , 61 (2): 494, DOI : 10.1016 / j.actamat.2012.09.064.

Дальнейшее чтение [ править ]

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

Внешние ссылки [ править ]

  • Подробно о механизме скольжения и сдвоения
  • Минеральные галереи - близнецы
  • Математическая и теоретическая кристаллография
  • Кристаллы кварца - двойникование
  • Граничное двойникование зерна