Физико-химический анализ структурно-несовершенных кристаллов: общая концепция, моделирование, приложения

• Автор: Акимов, Владлен Владимирович
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 397 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И

ПРАКТИКИ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ

ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ И ОПИСАНИЯ

СТРУКТУРНЫХ НЕСОВЕРШЕНСТВ В КРИСТАЛЛАХ

НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

1.1. Основные типы и количественные характеристики структурных несовершенств кристаллических фаз

1.2. Термодинамические аспекты описания несовершенного кристалла.

1.2.1. Общие понятия теории упругости

1.2.2. Модели твердых растворов

1.2.3. Термодинамическое описание дисперсных систем
1.3. Методы исследования структурных несовершенств и неоднородностей химического состава реальных кристаллов
1.3.1. Определение дислокационных структур методом гармонического анализа формы рентгеновских линий ГАФРЛ
1.3.2. Использование атомноабсорбционного анализа, совмещенного с аначизом термовыхода элемента, для изучения форм вхождения микроэлементов в минералы и неорганические кристаллы
1.3.3. Методы спектроскопии поверхности РФЭС и Ожеспектроскопия
1.3.4. Применение методов сканирующей зондовой микроскопии атомносиловой и туннельной
микроскопии для анализа морфологии и микроструктуры поверхности кристаллов
1.4. Выводы
ГЛАВА 2. КОНЦЕПЦИЯ ВЫНУЖДЕННЫХ
РАВНОВЕСИЙ
2.1. Термодинамические состояния реальных неорганических
и минеральных систем
2.2. Основные принципы, базовая концепция и определения
2.3. Термодинамическое описание дисперсных систем
2.4. Теоретическое описание стабильных вынужденных равновесий
2.5. Анализ метастабильных вынужденных равновесий
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ВЫНУЖДЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ ПРИ
СТРУКТУРНЫХ И ДРУГИХ ТВЕРДОФАЗОВЫХ
ПРЕВРАЩЕНИЯХ
3.1. Изучение полиморфных и политипных переходов в твердых растворах
3.1.1. Устойчивость полиморфов, политипов, микродвойниковых и доменных структур с точки зрения реализации ВР по литературным данным
3.1.2. Теория твердофазовых превращений в твердых растворах с образованием когерентных фаз
3.1.3. Численное моделирование вынужденных равновесий в сульфидах цинка и ртути
3.2. Природа устойчивости модулированных структур на примере лазурита
3.2.1. Термодинамическая теория модулированных стру ктур в с и л и катах
3.2.2. Экспериментальное изучение вынужденных
равновесий при структурнохимических превращениях в лазурите
3.3. Вынужденные равновесия при межпозиционном упорядочении в кристаллах в процессе их роста и при твердофазовых превращениях на примере калиевого нолевого шпата
3.3.1. О возможности возникновения состояний ВР в процессе роста кристаллов КПШ
3.3.2. Структурные особенности природных кристаллов щелочных полевых шпатов с точки зрения реализации ВР при твердофазовых превращениях
3.3.3. Численное моделирование вынужденных равновесий в калиевом полевом шпате
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ВЫНУЖДЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ В
ДИСПЕРСНЫХ И ПСЕВДОМОРФНЫХ СИСТЕМАХ
4.1. Изоморфная смесимость в дисперсных системах
4.1.1. Теория изоморфного размерного эффекта
4.1.2. Численное моделирование изоморфного размерного эффекта в неорганических системах
4.1.3. Экспериментальное и теоретическое изучение изоморфного размерного эффекта в системе Ре Со2
4.2. Вынужденные равновесия и псевдоморфизм
4.2.1. Проявления псевдоморфизма в неорганических системах
4.2.2. Термодинамическая теория исевдоморфных систем
4.2.3. Природа устойчивости легкоокисляемых самородных металлов в природных условиях
4.2.4. Роль псевдоморфных структур в технологических процессах
4.2.4.1. Процесс сульфатизации ганталониобатов
4.2.4.2. Влияние собственных точечных дефектов на процесс карбидообразования при
карботермического восстановления кремния из кремнезема
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. ПОВЕДЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В
НЕОРГАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ СО СТРУКТУРНОНЕСОВЕРШЕННЫМИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ
5.1. Эффект улавливания микропримесей точечными
дефектами
5.1.1. Экспериментальное исследование вхождения микропримеси кадмия в кристаллы пирротина различной стехиометрии
5.1.2. Численное моделирование взаимодействия примеси кадмия с точечными дефектами в пирротине
5.2. Концентрирование микроэлементов дислокационными структурами минеральных кристаллов
5.2.1. Анализ взаимодействия атомов примеси с дислокациями общий случай
5.2.2. Взаимодействие атомов примеси с границами блоков несовершенного кристалла
5.3. Особенности проявления эффекта улавливания микропримеси в реальных экспериментальных условиях
5.3.1. Фракционирование Сс1 в системе галенитсфалерит РЬп
5.3.2. Распределение Мп между РЬ8 и водносолевым
раствором
5.3.3. Фракционирование марганца в реальных кристаллах сфалерита
5.3.4. Распределение цезия между механически диспергированным КПШ и водносолевым
раствором
5.4. Концентрирование микроэлементов поверхностными ультрадиспсрсными и нанофазами
5.4.1. Методика эксперимента
5.4.2. Концентрирование поверхностными
неавтономными фазами на кристаллах
пирротина ix
5.4.3. Значение поверхностных неавтономных фаз для экспериментальной геохимии
5.5. Выводы
ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ
ВЫНУЖДЕННЫХ РАВНОВЕСИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
ПОРОШКОВОГО АЛЮМИНИЯ
6.1. Характеристика промышленных образцов порошкового алюминия
6.2. Химический состав поверхности дисперсного алюминия по результатам РСМА и РФЭС
6.3. Химический состав порошкового алюминия в зависимости от размера частиц и технологической области отбора образцов
6.4. Физикохимическое моделирование вынужденных равновесий при получении порошкового алюминия
6.4.1. Устойчивость псевдоморфной системы ядро алюминий оболочка оксиды и нитрид алюминия
6.4.2. Стабилизация иолукогсрентных
псевдоморфных частиц за счет перераспределения микропримесей
6.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Можно убедиться, что независимой линейной по отношению к 1 комбинацией инвариантов будет а1г Для любого квадратичного инварианта можно записать а. Ь 2, где а и Ь константы. Л и О коэффициенты Ламе. В тензорном исчислении принято, что по повторяющемуся индексу идет суммирование, т. Существует и третья форма записи квадратичного инварианта, которая отражает тот факт, что любой тензор деформации можно разложить на чисто сдвиговую компоненту и компоненту всестороннего сжатия, т. К есть модуль сдвига и модуль всестороннего сжатия. Все три формы записи квадратичного инварианта тензора деформации эквивалентны между собой и между ними существуют простые отношения. На основании данного определения, после несложных рассуждений , можно установить, что компоненты тензора напряжений выбранной локальной области и компоненты силы, действующей на нее, связаны выражением
1. Тензоры деформации и напряжения относятся к так называемым полевым тензорам, которые описывают внешнее воздействие среды на объект не зависящее от природы самого объекта или его реакцию на это воздействие. Уникальные физическое свойства самого объекта, которые на практике поддаются измерению, относятся к материальным параметрам и определяют величину и характер отклика системы на воздействие извне. Заметим, что выражения 1. В изотропном приближении характеристика состояния упругой деформации твердых тел задается тремя константами Е модулем растяжения модулем Юнга К модулем всестороннего сжатия и коэффициентом Пуассона у из которых только две являются независимыми параметрами. Е 9Ку1ЗК у. О ХХ УУУ . Уххегу,
vX2v
У 1 . ХУ 1 . Х2 аУ7. Заметим, что симметрия тензора деформации следует из определения формула 1. Г то же справедливо и для тензора напряжений сг . В континуальной теории упругости принято считать, что силы взаимодействия между макроскопическими соседними частями среды носят короткодействующий характер, т. Ъ 0 условие механического равновесия на поверхности. Физический смысл этих условий достаточно очевиден внутренние напряжения, действующие на локальную область, уравновешиваются противоположным действием объемных сил, сосредоточенных в этой области, и на границе со средой в каждой ее точке сумма всех приложенных сил равна нулю. Компоненты тензора деформации не являются произвольными функциями. Чтобы однозначно поставить в соответствие векторному полю смешений тензорное поле деформаций, для последнего должны выполняться условия совместности деформаций. У г, 0. Условия 1. Гука 1. Задавая конкретное распределение сил на поверхности объекта в качестве граничных условий и решая эту систему дифференциальных уравнений, получают равновесные значения тензоров деформации и напряжения. Хотя поиск решений в общем виде представляется достаточно сложной задачей, использование условий симметрии или других упрощающих допущений часто позволяет строго решать задачи в конкретных случаях. Упругий модель центров дилатац и. В качестве простой модели, описывающей замещение или внедрение атома в кристаллическую структуру, обычно принимается размещение сферического включения в бесконечно большой матрице упругого тела в сферической полости с размером, отличным от размера включения. Поле смещений и вокруг такого включения должно обладать сферической симметрией и, по крайней мере, не возрастать с увеличением расстояния от включения. Модели твердых растворов. Если рассматривать как свободную поверхность тела, то необходимо добавить к смещению 1. I де. АУяс 2 1. АУ АУЛ АУ 4 тису, 1. Далее в рамках макроскопического описания приведем анализ термодинамики системы с точечными дефектами модель среды с концентрационн ы м расширением. Рассмотрим упругое изотропное тело, содержащее точечные дефекты, характеризующиеся наличием статических искажений тела вдали от их источников. Примем, что при макроскопическом распределении дефектов каждый физический элемент среды испытывает определенные смешения. Состояние каждой макроскопически элементарной части среды, а, следовательно, и ее энергия определяются величинами тензорного поля деформаций г и концентрации сг.