39. Чем центр кристаллизации отличается от зародыша кристаллизации?

40. Как скорость охлаждения влияет на вид кривой охлаждения процесса кристаллизации? Ответ поясните.

Если скорость охлаждения мала, то число возникающих и растущих зародышей невелико и в конце кристаллизации формируются структуры из крупных зерен. При большой скорости охлаждения число одновременно развивающихся центров кристаллизации, а следовательно, и число зерен возрастает и в конце кристаллизации они оказываются меньше, чем в первом случае. Это можно наблюдать на практике — в тонких сечениях литых деталей структура стали мелкозернистая, так как здесь происходит более быстрое охлаждение, чем в толстых сечениях. Чем мельче зерна, тем выше прочность и особенно вязкость металла.

41. Приведите кинетическую кривую процесса кристаллизации?

42. Может ли скорость охлаждения влиять на форму кристаллов?

Образование той или иной формы кристаллов исторически объяснялась

особенностями внутренней кристаллической структуры. По Шафрановскому

(1981): «Общеизвестно, что форма кристаллов является, прежде всего,

функцией внутреннего строения (структуры), а воздействие

кристаллообразующей среды может наложить свой отпечаток лишь в

известных и строго ограниченных переделах». Однако экспериментальные

работы и наблюдения в природе показали, что существенное влияние на

форму оказывают среда и условия (кинетика) кристаллизации. Гликин и

Глазов (1979) убедительно показали, что «роли структуры кристаллов может

быть отведено лишь подчиненное значение». В настоящее время в

кристаллографии существуют четыре объяснения такой зависимости: 1)

форма кристалла определяется внутренней кристаллической структурой, 2)

форма определяется составом, пересыщением и температурой природного

раствора (Гликин, Глазов, 1979), 3) связь структуры с габитусом и простыми

формами неоднозначна (Краснова, Петров,1997) и 4) решающее влияние на

форму кристаллов оказывают условия (равновесные и неравновесные) и

прежде всего скорость кристаллизации (Тамман, Эйтель, Оллинг, Николаев,

Мокиевский, 1955, Рашин, Штейнберг, Иванов,2010, 2011,2012). При этом

понятия пересыщение или переохлаждение, используемые

экспериментаторами (Гликин, Глазов, 1979; Трейвус, 2011), в расплавах

геологически определяются скоростью кристаллизации.

Такой разброс объяснений требует эмпирической проверки. Наиболее

удобными объектами являются продукты кристаллизации природных

расплавов, образующиеся в широком интервале химических составов, РН,

щелочности и кислотности температур, давлений, вязкости, а также фаций

кристаллизации. Оценивалась корреляция формы (облика) кристаллов

петрогенных и акцессорных минералов от таких параметров, как состав и

свойства материнских пород и некоторые условия их кристаллизации.

Установлено отсутствие корреляции между обликом (удлинением)

кристаллов оливина, плагиоклазов, пироксенов, амфиболов, слюд, кварца и

циркона от температуры кристаллизации, рН, щелочности и кислотности

материнской породы. Облик (удлинение) кристаллов плагиоклаза

120

увеличивается с уменьшением логарифма вязкости материнской породы

(Иванов, 2010).

Для большинства петрогенных минералов, кроме минералов кубической

сингонии и кварца наблюдается корреляция размаха колебаний коэффициента

удлинения с фациями кристаллизации, отражающими скорость

кристаллизации или скорость охлаждения. С увеличением скорости

кристаллизации увеличивается удлинение кристаллов и наоборот.

На примере кварца, циркона, апатита и кальцита показано, что габитус

кристаллов варьирует в широких пределах, а их внешняя симметрия может

существенно отличаться от внутренней симметрии кристаллов, что также

коррелируется с условиями (скоростью) кристаллизации.

На примере кварца и циркона видно, что и огранка кристаллов в

значительной степени также обусловлена условиями кристаллизации. Так,

при все более равновесной кристаллизации в кристаллах кварца и циркона

сокращаются и исчезают грани призм и кристаллы кварца приобретают

форму гексагональных дипирамид или ромбоэдров, а кристаллы циркона

форму тетрагональных дипирамид.

Основные выводы:

1.Чем выше скорость кристаллизации или охлаждения, чем ниже

вязкость расплава и чем ниже сингония, тем больше коэффициент удлинения

петрогенных и акцессорных минералов ортомагматических горных пород. С

уменьшением скорости кристаллизации (временной фактор) компенсируется

влияние вязкости.

2 Решающе влияние на форму (облик, габитус и огранку) кристаллов

оказывает степень равновесности кристаллизации. При близравновесных

условиях кристаллизации форма (облик, габитус и огранка) кристаллов будет

наиболее близка к идеальной.

3.Кристаллическая структура минералов ведет себя пассивно и при

обычных неравновесных условиях кристаллизации не влияет или слабо

влияет на облик, габитус и огранку кристаллов (Иванов, 2012). По аналогии с

биологией, внутреннюю структуру можно рассматривать как генотип, а

форму как фенотип, то есть вариант реакции растущего кристалла на действие

внешних условий.

43. Как природа вещества влияет на механизм роста кристаллов?

http://www.ngpedia.ru/id154224p2.html

44. При каких условиях формируются округлые кристаллы?

45. При каком механизме роста формируется атомно-гладкая поверхность кристалла?

46. Опишите тангенциальный механизм роста кристаллов.

Тангенциальный рост

Тангенциальный рост характерен для роста граней гладких в атомном масштабе (атомно-гладкие кристаллические грани). Закрепление отдельных атомов на таких гранях невозможно и рост граней становится возможным, если на ней осаждается сразу двумерный зародыш- аналог зародыша кристаллизации- и появляется уступ, присоединение атомов к которому энергетически выгодно(позиции В, С).

Другая возможность появления уступа - выход на поверхность винтовой компоненты дислокации (рис.2).

Тангенциальный механизм предопределяет плоскую огранку растущих кристаллов.

Появление уступов (рельефа) на растущих поверхностях связано с тем, что верхние слои не полностью закрывают подложку, или с образованием дислокационных холмиков роста.

Скорость роста при тангенциальном механизме роста определяется выражением:

U=к1 exp (-k2 /T*∆T )

При дислокационном механизме:

U=к1 (∆T )2

47. Что такое критическая скорость охлаждения? Изобразите критическую скорость охлаждения на С-образной кривой.

48. Как механизм роста влияет на форму кристаллов?

49. При каком механизме роста формируется атомно-шероховатая поверхность кристалла?

50. Какие механизмы роста кристалла Вы знаете?

См выше

51. Приведите кривую охлаждения процесса кристаллизации чистого металла с указанием процессов, протекающих на каждом участке (медленное охлаждение).

52. Какие кристаллы называются дендритами?

Дендриты - это расщеплённые скелетные кристаллы. До сих пор разные авторы не всегда придерживаются достаточно четкого разделения между кристаллами скелетными и дендритными, и эти термины часто используются как идентичные. В то время как еще в 1961 г. И.И. Шафрановский [2] обратил внимание на неопределенность термина дендрит, отделив его от понятия "скелетный кристалл". С учетом более поздних уточнений [1], [5], к кристаллическим дендритам следует относить расщепленные скелетные (иногда - антискелетные) кристаллы, именно расщепление скелетного кристалла приводит к образованию объемных древовидных ветвящихся образований. В тонких трещинах развиваются плоские "двумерные" дендриты.