Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




15.09.2020


15.09.2020


15.09.2020


04.09.2020


03.09.2020


03.09.2020


21.08.2020


05.08.2020


05.08.2020


05.08.2020





Яндекс.Метрика
         » » Механизмы превращений минералов

Механизмы превращений минералов

24.10.2017

Вернемся к нашему схематическому примеру разупорядоченного сплава АВ и предположим, что, охладившись до некоторой температуры Т, он начнет упорядочиваться и в конечном счете придет к распределению, показанному на рис. 1.2,б. Мы должны задать себе вопрос: каким образом это происходит? Меняют ли все атомы вместе свои места, так что число атомов, имеющих непохожего на себя соседа, постепенно увеличивается, пока не будет достигнуто состояние совершенного порядка, или же в разупорядоченном сплаве образуются маленькие вполне упорядоченные участки, такие, как показано на рис. 1.9? Это одна сторона вопроса о том, как начинается преобразование, т. е. каков механизм, с помощью которого образуется новая фаза. Первое предположение представляет некий тип механизма непрерывного перехода, тогда как во втором имеется разрыв с отчетливой границей между материнской и дочерней фазами, другими словами, наблюдается явление нуклеации.
Аналогичная ситуация наблюдается, если сплав АВ стремится к распаду на отдельные участки А и В, как показано на рис. 1.3. При некоторых условиях непрерывный механизм может приводить к появлению участков, обогащенных А и обогащенных В, тогда как при иных условиях охлаждения внутри разупорядоченной структуры могут образоваться различимые домены почти чистого. А и почти чистого В. Исследование тонкой микроструктуры, образующейся при превращении, может помочь установить, какой из механизмов действует в конкретном случае. Различие между двумя типами механизмов будет более детально рассмотрено позже, и будет показано, что оно имеет важное значение в поведении минералов.

Исследование механизмов в широком смысле слова означает изучение соотношений между материнской и дочерней фазами: их пространственных измерений, распределения и кристаллографических соотношений. Самое главное, что мы хотим знать, это почему некоторые превращения не могут происходить или происходят исключительно медленно. Чтобы понять эти ограничения превращений, мы должны сочетать наши знания термодинамики процесса с исследованием структур участвующих в нем фаз. Соотношение между материнской и дочерней структурами выявит черты сходства, которые часто дают разгадку того, каким образом происходит переход одной в другую. Если эти структуры очень близки, превращение может сопровождаться разрывом относительно небольшого количества химических связей. Такой переход, по-видимому, произойдет легче, чем тот, при котором требуется разрыв всех связей и перестройка в другую конфигурацию. Здесь мы должны определить связь между кинетикой перехода и структурными соотношениями между фазами. Имеет смысл с самого начала принять, что переходы между фазами с близкой структурой будут происходить быстрее и потому в них менее вероятны сильные отклонения от равновесия.
В тех случаях, когда начальное и конечное состояния процесса заметно различаются в структурном отношении, мы можем обнаружить, что минерал проходит через множество промежуточных стадий, постепенно приближаясь к структуре конечного состояния. В то время как при таком многоступенчатом процессе каждая стадия протекает с приемлемой скоростью, прямой переход из начального в конечное состояние может быть по кинетическим причинам практически заторможен. Таким образом, можно видеть, что кинетика сильно зависит от структур минеральных фаз, участвующих в процессе; они будут обсуждаться более детально при описании конкретных переходов.
Аналогичным образом, если рассматривать природу границы между материнской и дочерней фазами, соотношения между структурами будут определять степень несоответствия по обе стороны границы. Это несоответствие ведет к появлению поверхностной энергии, связанной с наличием границы, и если вспомнить, что вся задача превращения заключается в снижении свободной энергии, то присутствие дополнительных энергетических составляющих потребует оценки их влияния на общее уменьшение энергии решетки. Типы границ, возникающих при превращениях, их распределение и энергетические вклады также, следовательно, потребуют нашего внимания.
Теперь должны быть ясны некоторые стороны нашего подхода к поведению минералов, но есть еще один аспект процесса преобразования, который, хотя и подразумевался, еще не был упомянут.