Особенности двойникования монокристаллов тугоплавких оксидов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Социология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 539. 3
ОСОБЕННОСТИ ДВОЙНИКОВАНИЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ ТУГОПЛАВКИХ ОКСИДОВ
© М. Ш. Акчурин, М. В. Ковальчук, И.И. Купенко
Институт кристаллографии им. А. В. Шубникова РАН, г. Москва, Россия, e-mail: akchurin@ns. crys. ras. ru
Ключевые слова: структура- дефекты- двойникование- моделирование.
На примере монокристаллов иттрий-алюминиевого граната методами растровой электронной микроскопии, рентгеновской топографии и моделирования изучена роль двойникования в релаксации напряжений в процессе роста монокристаллов и формировании деформационной структуры при действии сосредоточенной нагрузки. Показано, что процессы двойникования являются основным механизмом релаксации напряжений при образовании и пластической деформации тугоплавких кубических оксидов.
Механизмы пластической деформации тугоплавких кристаллов, когда дислокационная пластичность затруднена, до конца не выяснены. Ранее [1−3] при изучении процессов образования лазерных керамик на основе тугоплавких оксидов, в частности иттрий-алюминиевого граната (У3Л15 012), было предположено, что основным механизмом пластической деформации, осуществляющим развороты кристаллической структуры и сопряжения зёрен, является механическое двойникование преимущественно по плоскости (111) в направлении [112]. Естественно полагать, что этот механизм пластической деформации может проявиться при выращивании и деформировании монокристаллов.
Ранее в работе [4] выявлено несоответствие между определением симметрии кристаллов иттрий-алюминиевого граната рентгеновскими и морфологическими методами. Кажущееся отсутствие центра инверсии в ОЦК структуре УзЛ15 012 выявлялось морфологическими методами. Плоскопараллельная пластина с одинаковым образом механически обработанными поверхностями погружалась в кипящую ортофосфорную кислоту. В результате химической полировки одна сторона становилась гладкой, а другая рельефной, как бы гофрированной. Проявление этой анизотропии практически не зависит от толщины пластины, и не важно из какой части кристалла и в каком направлении она вырезана. Расположение гладкой и гофрированной поверхностей также не зависит от направления роста и с неким шагом меняются местами. Аналогичная ситуация наблюдается также на сколах и поверхностях роста, т. е. наблюдаемая анизотропия не является следствием механической обработки поверхностных слоёв, а присуща самому кристаллу. В [5] сделана попытка объяснения «отсутствия» центра инверсии в ОЦК структуре монокристаллов иттрий-алюминиевого граната с позиций двойникования. Однако прямых экспериментальных доказательств наличия двойников в исследуемых кристаллах в той работе не приведено.
Двойникование — соединение двух кристаллических индивидов элементами симметрии, которых нет в данной структуре. Вообще говоря, двойникование может
происходить по любой плоскости и/или вокруг оси, которые не являются плоскостью или осью симметрии данной структуры, но с разной вероятностью. Согласно [6], двойникование может происходить без изменения формы и без изменения упругих постоянных. К ним относятся все двойники инверсии и некоторые типы двойников вращения и отражения. Эти двойники в кристаллах вообще легко не заметить. Для их выявления необходимо тщательно обследовать структуру и свойства кристаллов, т. е. определить структурные возможности образования двойников такого типа и каким образом они могут проявиться в свойствах образцов.
Проведённое моделирование показало возможность образования двойника инверсии путём поворота структуры на 60° вокруг оси 3-го порядка по плоскости, проходящей через центр инверсии [5]. Следует заметить, что все кристаллы, обладающие осью третьего порядка, при повороте структуры вокруг неё на 60°, вообще говоря, могут образовывать двойники инверсии, т. к. происходит как бы разворот структуры на 180°, т. е. скалярные величины остаются без изменения, а векторные меняют направление на противоположенное.
С одной стороны, двойникование приводит как бы к повышению степени симметрии (появление нового элемента симметрии), а с другой — к возникновению дефекта (двойниковая граница). Такого типа дефекты должны давать контраст на рентгеновской топограмме в соответствующей геометрии. На рис. 1 представлена рентгеновская топограмма, полученная в геометрии Лауэ от монокристалла УзЛ15 012.
Толщина пластины ~ 50мкм. Плоскость (110). Отражение 440. Излучение МоКа. Контраст в изображении обусловлен двойниковыми прослойками, лежащими в плоскостях (111) и (112). Следует заметить, что угол между двойниковыми прослойками (светлые линии на рисунке) строго соответствует углу между лучами, распространяющимися от устья трещины, полученными в режиме РЭМ-КЛ при деформировании кристаллов сосредоточенной нагрузкой [7].
500? ли
Рис. 1. Рентгеновская топограмма, полученная в геометрии Лауэ от монокристалла У3Л15 012
Смена расположения рельефных и гладких сторон по длине образца полностью соответствует предложенной модели образования и перемещения двойниковых границ в ГЦК структурах [8]. Согласно этой модели, построенной на базе плотнейших шаровых упаковок, чередование слоёв АВС будет меняться на АСВ и наоборот. Поскольку ОЦК структура алюмо-иттриевого граната стремится к сохранению центра инверсии и электронейтральности, то противоположенные стороны любым образом вырезанного образца могут различаться морфологически, т. к. с одной стороны, будет структура типа … /АВС/АВС/АВС/…, а с другой -… /АСВ/АСВ/АСВ/….
Следовательно, «понижение» группы симметрии, на которое указывают морфологические методы, связано с тем обстоятельством, что центр симметрии меняется на антицентр. Таким образом, группа антисимметрии отражает более глубокие свойства объекта, чем его группа симметрии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каминский А. А., Акчурин М. Ш., Гайнутдинов Р. В. и др. // Кристаллография. 2005. Т. 50. № 5. С. 935.
2. Акчурин М. Ш., Гайнутдинов Р. В., Закалюкин Р. М., Каминский А. А. // Докл. РАН. 2007. Т. 415. № 3. С. 1.
3. Акчурин М. Ш., Гайнутдинов Р. В., Закалюкин Р. М., Каминский А. А. // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтр. исслед. 2008. № 9. С. 42.
4. Акчурин М. Ш., Галиулин Р. В. // Кристаллография. 1998. Т. 43. № 3. С. 493.
5. Акчурин М. Ш., Закалюкин Р. М., Каминский А. А., Купенко И. И. // ДАН. 2009. Т. 427. № 6. С. 765.
6. Классен-Неклюдова М. В. Механическое двойникование кристаллов. М.: АН СССР, 1960. 261 с.
7. Akchurin M. Sh., Regel V.R. // Chemistry Reviews. 1998. V. 23. P. 59−88.
8. Акчурин М. Ш., Закалюкин P.М. // Кристаллография. 2006. № 6. С. 1160.
Поступила в редакцию 15 апреля 2010 г.
Akchurin M.S., Kovalchuk M.V., Kupenko I.I. Features of twinning of high-melting oxide monocrystals.
The role of twinning in tension relaxation during crystal growth and deformation structure formation under a point load with an yttrium aluminum garnet singlecrystal as an example by scanning electron microscopy, X-ray topography and modeling were examined. It was shown that twining processes are the main mechanism in the course formation and plastic deformation of cubic high-melting oxides.
Key words: structure- defects- twinning- modeling.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой