第二章 晶体的形成.ppt

一、晶体生长的途径 1、由气相转变为固相 2、由液相转变为固相 液相有熔体和液体两种形式。 （1）从熔体中结晶：温度降低到熔点。 录像：岩浆活动 （2）从溶液中结晶：条件是溶液达到过饱和 ① 温度降低 ② 水分蒸发：盐湖 ③ 通过化学反应 3、由固相再结晶为固相 固相物质有晶态非晶态两种。 （1）同质多相转变：某种晶体，在热力学条件改变时转变成另一种在新条件下稳定的晶体。 β-石英(高于573 ℃) →α-石英(低于573℃) （2）原矿物晶粒逐渐变大 （3）固熔体分解 在一定温度下固熔体可以分离成几种矿物，例如闪锌矿ZnS和黄铜矿CuFeS在高温条件下组成均一的固熔体，而在低温条件下分离成两种矿物。 （4）变晶 （5）固态非晶质结晶 只有当ΔG ＜0时，成核过程才能发生，因此，晶核是否能形成，就在于ΔGv与ΔGs的相对大小。 体系自由能由升高到 降低的转变时所对应 的晶核半径值 rc 称为 临界半径。 思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后表面能小于体自由能？因此，成核过程有一个势垒：能越过这个势垒的就可以进行晶体生长了，否则不行。*************思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？ 为什么人工合成晶体要放籽晶？ 因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位，最不容易生长的位置是平坦面。 这样，最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生长成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一个质点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去，一层一层往外生长——层生长理论。 三种可能位置上不同距离的质点数 但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。 ① 晶体常生长成为面平棱直的多面体形态 ② 因环境等因素变化、不同时刻生长成的晶体的细微变化（生长环带） ③由于晶面是平行向外推移，所以同种矿物不同晶体上对应晶面的夹角恒等——面角守恒定律（链接）。④晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体称为生长锥或砂钟状构造。 2．螺旋生长理论模型（BCF理论模型，1949，弗朗克等，基于实际晶体结构中常见的位错现象） 该模型认为晶面上存在 螺旋位错露头点可以作为 晶体生长的台阶源，可以对 平坦面的生长起着催化作用， 这种台阶源永不消失，因此 不需要形成二维核，这样便 成功地解释了晶体在很低过 饱和度下仍能生长这一实验 现象。 这两个模型有什么联系与区别？ 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同。 有什么现象可证明这两个生长模型？ 环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹 2．居里-吴里夫原理（最小表面能原理） 晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。 晶体中心到各晶面的距离与各晶面的比表面能成 正比 各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比 实际上与布拉维法则是一致的。 3．周期性键链（ PBC ）理论(基于晶体结构几何特征和质点能量） 晶体结构中存在与晶体质点重复周期一致的强键链存在。晶体平行于键链生长，键力最强的方向生长最快。 平行于强键链最多的面常成为 晶体的晶面。 晶面分为三类： F面(平坦面，两个PBC)，晶形上易保留。 S面(阶梯面，一个PBC),可保留或不保留。 K面(扭折面，不含PBC), 晶形上不易保留 。 六、 晶簇与几何淘汰律 蚀像：晶体溶解时在一些薄弱的地方溶解出的一些小坑。蚀像是由各种次生小晶面组成。面网密度大的晶面先溶解。 水热法—高温高压生长（高压釜）：晶体原料溶在高温高压水溶液（溶剂）中； 提拉法—高温常压生长：没有溶剂，也没有助熔剂 ； 焰熔法-------高温常压下生长：没有溶剂，但有助熔剂 （晶体原料熔在另外一种成分的物质中，但无水）。 ※ 低温溶液生长------低温常压水溶液生长：即常见的从溶液中结晶出来； 总之，是设计出一些方法让晶体生长得完好。每个晶体所适合的方法不同。 九、歪晶和面角守恒定律 面角守恒定律 面角守恒定律：同种物质的所有晶体，其对应晶面的夹角恒等（1669年丹麦学者斯丹诺）。 因为同种晶体具有相同的格子构造，晶体中对应晶面就是格子构造中对应的面网，晶体生长是面网各自向外平行生长、推移，所以不论晶体大小，其对应晶面之间的夹角恒等。