Двойникование кристаллов
-
Определение двойникования
- Двойникование — это симметричное срастание двух или более кристаллов одного минерала.
- Поверхность, вдоль которой расположены точки кристаллической решетки, называется композиционной поверхностью.
- Двойникование классифицируется по законам двойничества, специфичным для кристаллической структуры.
-
Типы двойникования
- Рост двойников происходит в крупных и мелких частицах.
- Трансформационное двойникование изменяет кристаллическую структуру.
- Деформационное двойникование развивается в ответ на напряжение сдвига.
-
Законы двойникования
- Законы двойникования определяют ориентацию между кристаллическими сегментами.
- Они включают операции отражения, вращения и инверсии.
- Вращательное двойникование почти всегда представляет собой 2-кратное вращение.
-
Общие законы двойникования
- В изометрической системе распространены шпинелевый закон и Железный крест.
- В гексагональной системе кальцит демонстрирует контактные двойные законы.
- В тетрагональной системе двойники с циклическим контактом наиболее распространены.
- В ромбической системе кристаллы сдваиваются в плоскостях, параллельных грани призмы.
- В моноклинной системе двойники чаще всего встречаются на плоскостях {100} и {001}.
- В триклинной системе наиболее часто встречаются минералы полевого шпата.
-
Типы двойникования
- Простые сдвоенные кристаллы могут быть контактными или проникающими.
- Контактные двойники встречаются на одной композиционной плоскости.
- Пенетрационные двойники выглядят так, будто проходят друг сквозь друга.
- Множественные двойники могут быть полисинтетическими или циклическими.
-
Способы формирования
- Ростовые двойники образуются при нарушении кристаллической решетки.
- Двойники при отжиге возникают при изменении кристаллической системы.
- Деформационные двойники развиваются под воздействием напряжения.
-
Ростовое двойникование
- Случайное двойникование происходит при присоединении атома к поверхности кристалла.
- Двойная структура может быть термодинамически или кинетически благоприятной.
-
Двойники в наночастицах
- Наночастицы с пятигранной или десятигранной структурой имеют меньшую энергию.
- Дисклинация вдоль общей оси приводит к дополнительной энергии деформации.
- Уменьшение свободной энергии поверхности происходит за счет большего количества поверхностных граней.
-
Трансформационное двойникование
- Происходит при полиморфном переходе со смещением.
- Лейцит и калиевый полевой шпат подвергаются полисинтетическому двойникованию.
-
Деформационное двойникование
- Реакция на напряжение сдвига, кристаллическая структура смещается вдоль плоскостей кристалла.
- Двойникование всегда зеркальное, плоскость скольжения также является зеркальной.
- Деформационное двойникование наблюдается в кальците и других горных породах.
-
Кристаллография деформационного двойникования
- Двойникование определяется двойной плоскостью θ и направлением сдвига θ.
- Двойники в Zr имеют линзовидную форму.
- Двойникование можно описать как поворот на 180° или зеркальное отражение.
-
Конфигурация деформационного двойникования
- Двойники зарождаются в местах с максимальной плотностью энергии деформации.
- Рост двойника происходит за счет утолщения и подвижности дислокаций.
- Двойники приобретают трехмерную форму сплюснутого сфероида.
-
Макромеханические эффекты
- Пластическая аккомодация зависит от предела текучести материала и величины сдвига.
- Диффузия элементов и сегрегация элементов способствуют росту двойников.
- Толщина двойника насыщается при критической плотности остаточных дислокаций.
-
Критерий роста деформируемого двойника
- Контролируемое явление, связанное с взаимодействием частиц двойника
- Включает упругую энергию, поверхность раздела и объемную свободную энергию
- Важно для понимания взаимодействия микроструктуры, температуры и скорости деформации
-
Ранние исследования
- Визуализация высокой концентрации деформаций на двойном конце с помощью травления
- Использование HR-EBSD для исследования деформации в циркониевом сплаве
-
Количественное определение LSF
- LSF используется для описания условий в двойнике
- LSF контролирует выбор варианта близнецов
- LSF не учитывает энергетический баланс
-
Эксперименты и наблюдения
- Количественная оценка поля деформаций перед распространением двойника
- Необходимость подходящих методов анализа для объемных образцов
-
Модели и теории
- Ллойд описал поле концентрации напряжений перед двойным наконечником
- Ван и Ли отметили, что поля напряжений одинаковы для дислокаций, двойникования и мартенситных превращений
- Сингулярность поля напряжений регулирует продвижение вершины трещины и дислокаций
-
Дополнительные исследования
- Икосаэдрические двойники и их структура
- Термины, используемые в кристаллографии
- Механизм скольжения и сдвоения в деталях
- Минеральные галереи и кристаллы кварца