Вопрос 10. Процессы преобразования дефектной структуры минерального вещества. Основные принципы преобразования.

Дефектная структура минералов представляет собой совокупность различных дефектов кристаллической решетки, отличающихся друг от друга размером и геометрическим признаками. При оказании на минеральное вещество физического воздействия происходит ее преобразование.

Диффузия по легким путям

Вакансии - это точечные дефекты, и они могут быстрее перемещать вдоль сильно «неидеальных» ядер линейных и двумерных дефектов кристаллической структуры, чем через объем кристалла. Действительно имеются надежные данные о том, что вакансии легко диффундируют вдоль дислокаций (диффузия вдоль линий дислокаций) и по границам зерен (диффузия по границам зерен).

Дислокации и скольжение

Назовем петлей дислокации кривую, ограничивающую замкнутую область, в пределах которой произошло скольжение (т.е. часть твердого тела по одну сторону от этой области смещается относительно части по другую ее сторону на вектор смещения Ь). По мере расширения петли под действием приложенного напряжения область скольжения увеличивается и возрастает величина деформации сдвига. Петля дислокации характеризуется вектором скольжения, или вектором Бюргерса b, величина которого квантуется в случае кристалла (вектор b может быть равен только векторам решеток Браве).

Дислокация представляет собой линейный дефект; она вызывает искажение атомных плоскостей в кристалле , в результате чего происходит его внутренняя деформация. (Внутренняя деформация вызывается присутствием дислокации и, так сказать, "выходит наружу", когда дислокация покидает кристалл). Таким образом, дислокация служит источником поля внутренний напряжений, связанных с полем деформации законом Гука.

Ядро дислокации - это область вблизи линии дислокации (шириной в несколько векторов Бюргерса), где кристаллическая решетка сильно нарушена. Теория упругости в ядре неприменима, и во всех расчетах в рамках теории упругости ядро дислокации заменяется полым цилиндром радиуса Ьо.

Переползание краевыхдислокаций

Краевая дислокация может перемещаться в плоскости, перпендикулярной плоскости ее скольжения. Это происходит в результате медленного процесса {переползания) за счет диффузионного переноса вещества к дополнительной полуплоскости или от нее. Переползание происходит в результате последовательного перемещения ступенек по линии дислокации путем испускания или поглощении иаклнеий .

Границы зерен и рекристаллизация

Граница зерна – этодвумерный дефект кристаллической решетки, который вносит разориентицию в решетку, не создавая крупномасштабного поля напряжений. Как следствие, монокристалл, содержащий большеугловую границу, лучше всего описывается как два кристала с различной ориентацией решеток по различные стороны границы. ,В то же премя малоугловая граница выглядит как дефект в монокристалле.

Граница зерна характеризуется тремя параметрами, описывающими относительную ориентацию решеток по разные стороны от границы, как результат вращения вокруг некоторой оси и двумя параметрами, фиксирующими положение границы в какой-либо из решеток (всего пять степеней свободы).

Дислокации межзерновых границ

Разориентацию решетки межзерновой границей можно формально выразить как разориентацию, вводимую группой дислокаций, лежащих в одной плоскости.

Миграция и скольжение границ зерен

Границы зерен могут перемещаться в своей плоскости (скольжение) пли перпендикулярно ей (миграция).

Скольжение границ зерен (иногда на большие расстояния) происходит под действием приложенного напряжения сдвига. Этот порождающий деформацию процесс играет большую роль при сверхпластической деформации и обычно проявляется в смещении эталонной сетки, нанесенной на образец.

Статическая рекристаллизация

Статическая рекристаллизация состоит в видоизменении структуры зерен (размера, формы, ориентации зерен), происходящем во время высокотемпературного отжига, который следует за деформацией (динамическая рекристаллизация происходит в процессе деформирования). Рекристаллизация включает миграцию границ зерен, и движущие силы рекристаллизации те же, что и миграции границ зерен.

Первичная рекристаллизация происходит за счет разницы в свободных энергиях деформированных зерен с высокой плотностью дислокаций и бездислокационных зерен.