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晶体缺陷

出处:按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《制盐工业手册》第314页(1829字)

所有晶体,包括天然和人工晶体,实际上都不是理想的完整晶体。它们理想的空间点阵都存在着这样那样的偏离。这种偏离统称为晶体的不完整性,偏离的部位或结构统称为晶体缺陷。

晶体中是否存在缺陷以及缺陷多少,是晶体质量优劣的重要标志。缺陷的存在给晶体带来各种影响。如何控制缺陷的形成是一个急需解决的重要课题。

晶体缺陷,按其在空间延伸的几何线度,可划分为如表2-5-8所示的几种类型。

表2-5-8 晶体中常见缺陷及对盐质影响

(一)包裹体形成过程分类

按成因分为原生、次生、假次生包裹体。

1.原生包裹体 晶体生长过程中同时形成的包裹体。包裹体中的溶液为结晶母液,它的性质代表结晶时的物理化学条件(温度、压力、pH值、组成、盐度等)。

原生包裹体的形状常与晶体相同。例如石盐中的每个液泡,小至数微米,大至数十微米,都是正方形或长方形(四角柱状),其分布有的成行,有的成层,或全面形成海绵状。见图2-5-20A、B、C。

图2-5-20 液泡的分布情况

2.次生包裹体 晶体生成后期,液、气沿晶体的裂隙、解理等进入晶体,引起晶体局部溶解和重结晶,液汽被捕获后形成。它包含的液、气与晶体形成时的结晶母液不同,而是代表结晶后的液、气。

次生包裹体分布受裂隙控制,在后期构造裂隙愈合位置上出现,形状较复杂,有拉长的、拐弯的、不规则的等等。

3.假次生包裹体 结晶过程中,由于应力和构造的作用,使晶体部分破碎、裂开,结晶母液进入裂隙,重新结晶而形成。它包含的结晶母液,与原生包裹体相同,与次生包裹体不同;但其分布与形态则与次生包裹体类似。

(二)产生包表体的主要因素

从溶液中结晶,产生包裹体的因素很多,其形成机理大体有以下几种:

1.外来物质的影响。不能混溶的液体以及固体粒子的存在,都可能阻碍溶液进入这些外来物质所在的位置,结果只能将它们裹夹在里面,形成包裹体。杂质或溶质吸附在晶体表面所产生的包裹体,也属于此类情况;固体粒子在成核过程中,常进入晶核中成为包裹体,因为这种成核常发生在溶液中的外来物质上,这些外来物质常常就是晶体借以成核的固体粒子。

2.晶体生长表面的溶液,过饱和度发生变化,引起晶体表面的低洼突起,也是形成包裹体的原因。这种过饱和度的变化是扩散作用引起的。由于晶体角顶和边棱处溶液过饱和度大于晶体中心处,边角比中心长得快,必将导致晶体中心低洼、四周突起。在极端情况下,晶体可长成枝蔓状;如果后来生长速度减慢,则表面又可长成平面,把溶液密封在里面,形成包裹体。

据实验观察,氯化钠(100)方向成长,透明与不透明的临界成长速率为2×10-5mm3/s;即当晶体成长速率低于该值时,可得透明的氯化钠结晶。临界结晶速度是随结晶条件的变化而变化的。相同的生长条件才有相同的临界速度。

3.台阶生长导致包裹体的形成。晶体四周的棱,有时先溶解,后来又开始生长,其上形成台阶,因而沿晶棱形成线状包裹体。

4.溶解能在晶体表面产生蚀坑,接着又开始生长,将蚀坑覆盖,形成细微的包裹体。

5.生长过程中所排除的杂质。在一定条件下,其浓度可能超过它在晶体界面附近的溶解度,如果这时杂质成核,凝成新相,以后偏析出来的杂质就可能扩散到新相上,使它长大起来。当这些新相粘附在晶体表面时,就可能被裹夹进去,形成包裹体。

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