Crystal twinning - Crystal twinning
Bliźniacze kryształy występują, gdy dwa oddzielne kryształy mają te same punkty sieci krystalicznej w symetryczny sposób. Rezultatem jest przerost dwóch oddzielnych kryształów w różnych specyficznych konfiguracjach. Powierzchnia, wzdłuż której punkty sieci są wspólne w kryształach bliźniaczych, nazywana jest powierzchnią kompozycji lub płaszczyzną bliźniaczą.
Krystalografowie klasyfikują kryształy bliźniacze według szeregu praw bliźniaczych. Te bliźniacze prawa są specyficzne dla systemu kryształów . Rodzaj twinningu może być narzędziem diagnostycznym w identyfikacji minerałów. Twinning jest ważnym mechanizmem trwałych zmian kształtu kryształu.
Twinning może często stanowić problem w krystalografii rentgenowskiej , ponieważ bliźniaczy kryształ nie wytwarza prostego wzoru dyfrakcyjnego .
Prawa bliźniacze
Prawa bliźniacze są zdefiniowane przez ich bliźniacze płaszczyzny (tj. {Hkl}) lub kierunek bliźniaczych osi (tj. [Hkl]). Jeśli prawo bliźniaków można zdefiniować za pomocą prostej płaskiej powierzchni kompozycji, płaszczyzna bliźniacza jest zawsze równoległa do możliwej ściany kryształu i nigdy nie jest równoległa do istniejącej płaszczyzny symetrii (pamiętaj, że tworzenie bliźniąt dodaje symetrię).
Jeśli prawo bliźniacze jest osią obrotu, powierzchnia kompozycji będzie nieregularna, oś bliźniacza będzie prostopadła do płaszczyzny siatki, ale nigdy nie będzie równo-krotną osią obrotu istniejącej symetrii. Na przykład twinning nie może wystąpić na nowej podwójnej osi, która jest równoległa do istniejącej czterokrotnej osi.
Wspólne prawa bliźniaków
W układzie izometrycznym najpowszechniejszymi typami bliźniaków są Prawo Spinela (płaszczyzna bliźniacza równoległa do ośmiościanu ) [111], gdzie oś bliźniacza jest prostopadła do ściany oktaedrycznej, oraz Krzyż Żelazny [001], który jest przenikanie się dwóch piritoedrów, podtyp dwunastościanu .
W układzie sześciokątnym kalcyt wykazuje prawa bliźniaków kontaktowych {0001} i {0112}. Kwarc przedstawia prawo brazylijskie {1120} i prawo Dauphiné [0001], które są bliźniakami penetracyjnymi spowodowanymi transformacją, oraz prawo japońskie {1122}, które jest często spowodowane wypadkami podczas wzrostu.
W układzie tetragonalnym bliźnięta cykliczne kontaktowe są najczęściej obserwowanym rodzajem bliźniaków, na przykład w rutylowym dwutlenku tytanu i kasyterytowym tlenku cyny.
W układzie rombowym kryształy są zwykle bliźniacze na płaszczyznach równoległych do powierzchni pryzmatu, gdzie najczęściej występuje bliźniak {110}, który wytwarza cykliczne bliźniaki, takie jak aragonit , chryzoberyl i cerusyt .
W układzie jednoskośnym bliźnięta występują najczęściej na płaszczyznach {100} i {001} zgodnie z prawem Manebacha {001}, prawem Carlsbada [001], prawem Braveno {021} w ortoklazie , a bliźnięta Swallow Tail {001} w gips .
W układzie trójskośnym najczęściej występującymi kryształami bliźniaczymi są minerały skalenia plagioklaz i mikroklina . Te minerały pokazują prawa albitów i peryklin.
Rodzaje współpracy bliźniaczej
Proste kryształy bliźniacze mogą być bliźniakami kontaktowymi lub bliźniakami penetracyjnymi. Bliźnięta kontaktowe mają wspólną powierzchnię kompozycji, często pojawiającą się jako lustrzane odbicie na granicy. Plagioklaz , kwarc , gips i spinel często wykazują bliźniacze kontakty kontaktowe. Meroedryczne bliźniactwo występuje, gdy sieci bliźniaków kontaktowych nakładają się na siebie w trzech wymiarach, na przykład poprzez względną rotację jednego bliźniaka względem drugiego. Przykładem jest metazeunerite . W bliźniakach penetracyjnych poszczególne kryształy wydają się przechodzić przez siebie w sposób symetryczny. Ortoklaz , staurolit , piryt i fluoryt często wykazują bliźniacze przenikanie.
Jeśli kilka bliźniaczych części kryształów jest dopasowanych według tego samego prawa bliźniąt, określa się je jako wielokrotne lub powtarzające się bliźniaki . Jeśli te wielokrotne bliźnięta są ustawione równolegle, nazywane są bliźniakami polisyntetycznymi . Gdy bliźnięta wielokrotne nie są równoległe, są bliźniakami cyklicznymi . Albit , kalcyt i piryt często wykazują bliźniacze polisyntetyczne. Ściśle rozmieszczone bliźniacze polisyntetyczne są często obserwowane jako prążki lub cienkie równoległe linie na powierzchni kryształu. Rutyl , aragonit , cerusyt i chryzoberyl często wykazują cykliczne bliźniaki, zwykle w układzie promieniującym. Jednak ogólnie rzecz biorąc, w oparciu o związek między osią bliźniaczą a płaszczyzną bliźniaczą, istnieją 3 typy bliźniaczych:
- bliźniacze równoległe, gdy oś bliźniacza i płaszczyzna kompozycyjna leżą równolegle do siebie,
- normalne bliźniacze, gdy płaszczyzna bliźniacza i płaszczyzna kompozycyjna leżą normalnie, i
- złożone bliźniacze, połączenie równoległych i normalnych bliźniaków na jednej płaszczyźnie kompozycyjnej.
Sposoby formacji
Istnieją trzy sposoby tworzenia kryształów bliźniaczych. Bliźnięta wzrostu są wynikiem przerwania lub zmiany sieci krystalicznej podczas formowania się lub wzrostu z powodu możliwej deformacji spowodowanej większym jonem zastępczym. Wyżarzanie lub transformacja bliźniaków jest wynikiem zmiany układu kryształów podczas chłodzenia, ponieważ jedna forma staje się niestabilna, a struktura kryształu musi ponownie zorganizować się lub przekształcić w inną, bardziej stabilną postać. Deformacja lub ślizganie się bliźniaków jest wynikiem naprężenia kryształu po jego utworzeniu. Jeśli metal o strukturze sześciennej centrowanej na powierzchni (fcc), taki jak Al, Cu, Ag, Au itp., Zostanie poddany naprężeniu, wystąpi bliźniak. Tworzenie i migracja granic bliźniaczych jest częściowo odpowiedzialna za ciągliwość i ciągliwość metali fcc.
Bliźniacze deformacje są częstym skutkiem metamorfizmu regionalnego . Bliźniacze kryształy są również wykorzystywane jako wskaźnik kierunku sił w procesach budowania gór w badaniach orogenii .
Kryształy, które rosną obok siebie, mogą być wyrównane, aby przypominały twinning. Ten równoległy wzrost po prostu zmniejsza energię systemu i nie jest bliźniaczym.
Mechanizmy powstawania
Bliźniacze mogą wystąpić poprzez kooperatywne przemieszczanie atomów wzdłuż powierzchni bliźniaczej granicy. To przemieszczenie dużej ilości atomów jednocześnie wymaga znacznej energii do wykonania. Dlatego teoretyczny stres wymagany do uformowania bliźniaka jest dość wysoki. Uważa się, że twinning jest związany z ruchem dyslokacyjnym w skoordynowanej skali, w przeciwieństwie do poślizgu, który jest spowodowany niezależnym poślizgiem w kilku miejscach w krysztale .
Twinning i slip to konkurencyjne mechanizmy deformacji kryształów . Każdy mechanizm dominuje w pewnych układach kryształów i w określonych warunkach. W metalach FCC poślizg jest prawie zawsze dominujący, ponieważ wymagane naprężenie jest znacznie mniejsze niż naprężenie bliźniacze.
W porównaniu do poślizgu, twinning tworzy wzór deformacji, który ma bardziej niejednorodny charakter. To odkształcenie powoduje lokalny gradient w poprzek materiału oraz w pobliżu przecięć między bliźniakami a granicami ziaren. Gradient deformacji może prowadzić do pękania wzdłuż granic, szczególnie w metalach przejściowych Bcc w niskich temperaturach.
Osadzanie bliźniaków
Warunki tworzenia się kryształów w roztworze mają wpływ na rodzaj i gęstość dyslokacji w krysztale. Często zdarza się, że kryształ jest zorientowany tak, że następuje szybsze osadzanie się materiału na jednej części niż na drugiej; na przykład, jeśli kryształ jest przyczepiony do jakiegoś innego ciała stałego, nie może rosnąć w tym kierunku. Jeśli kryształ jest swobodnie zawieszony w roztworze, a materiał do wzrostu jest dostarczany z taką samą szybkością ze wszystkich stron, uzyskuje się równomiernie rozwiniętą formę.
Bliźniacze granice
Bliźniacze granice pojawiają się, gdy dwa kryształy tego samego typu przerastają się tak, że istnieje między nimi tylko niewielka dezorientacja. Jest to wysoce symetryczny interfejs, często z jednym kryształem będącym lustrzanym odbiciem drugiego; również atomy są wspólne dla obu kryształów w regularnych odstępach czasu. Jest to również interfejs o znacznie niższej energii niż granice ziaren, które tworzą się, gdy kryształy o dowolnej orientacji rosną razem. Bliźniacze granice mogą również wykazywać wyższy stopień symetrii niż pojedynczy kryształ. Te bliźniaki nazywane są bliźniakami mimetycznymi lub pseudo-symetrycznymi .
Bliźniacze granice są częściowo odpowiedzialne za hartowanie udarowe i wiele zmian, które zachodzą podczas pracy na zimno metali z systemami ograniczonego poślizgu lub w bardzo niskich temperaturach. Występują także dzięki martenzytycznych przemian : ruch granic dwoma odpowiada za pseudoelstycznymi i pamięć kształtu zachowania nitinolu , a ich obecność jest częściowo odpowiedzialne za twardość w wyniku hartowania z nierdzewnej . W niektórych typach stali o wysokiej wytrzymałości, bliźniaki o bardzo małej deformacji stanowią główną przeszkodę dla ruchu przemieszczenia. Stale te nazywane są stalami „TWIP”, gdzie TWIP oznacza plastyczność indukowaną bliźniaczymi .
Wygląd w różnych strukturach
Spośród trzech typowych struktur krystalicznych bcc , fcc i hcp , struktura hcp jest najbardziej skłonna do tworzenia bliźniaków odkształcających po odkształceniu, ponieważ rzadko mają one wystarczającą liczbę układów poślizgu dla dowolnej zmiany kształtu. Wysokie szybkości odkształcania, niska energia błędu układania w stos i niskie temperatury ułatwiają tworzenie bliźniaczych deformacji.
Zobacz też
Bibliografia
Dalsza lektura
- Hurlbut, Cornelius S .; Klein, Cornelis, 1985, Manual of Mineralogy, wydanie dwudzieste, ISBN 0-471-80580-7