9.4.2. ДВОЙНИКОВАНИЕ

Двойникование при фазовых переходах

Двойникование в кристаллах кислородно-октаэдрических соединений может инициироваться фазовыми переходами либо происходить под действием механических напряжений без участия фазовых переходов. Влияние фазовых переходов на двойникование в кристаллах со структурой вольфрамовых бронз наиболее полно изучено на кристаллах НБН [31, 32] и НБС [33] для перехода из тетрагональной в орторомбическую фазу ( переход). При переходе кристаллы двойникуются так, что двойники представляют собой прямоугольные призматические блоки с двойниковыми границами по плоскостям (100) и тетрагональной ячейки (рис. 9.13).

Для понимания причин и механизма двойникования при Т О переходе следует подробнее рассмотреть механизм самого перехода. При комнатной температуре в О-фазе в кристалле НБС соотношение между параметрами элементарной ячейки таково, что ; в дальнейшем параметры решетки орторомбической фазы будут обозначаться индексом а параметры тетрагональной фазы индексом Показано, что с ростом температуры термическое удлинение превосходит термическое удлинение (рис. 9.14). В результате при достижении температуры О -перехода параметры решетки сравниваются и решетка переходит в тетрагональную, для которой При дальнейшем росте температуры

Рис. 9.13. Изменение элементарных ячеек кристалла НБН при переходе из тетрагональной (толстые линии) в орторомбическую (тонкие линии) фазу. Показана проекция элементарной ячейки на плоскость Параметры элементарных ячеек: - тетрагональной; - орторомбической. Стрелками показаны направления границ двойников

Рис. 9.14. Кривые термического расширения монодоменных орторомбических кристаллов НБС в направлениях

Рис. 9.15. Кривые термического расширения кристаллов НБС, содержащих двойники [33]

термическое удлинение одинаково, а параметр начинает уменьшаться. Скорость сжатия параметра возрастает до температуры Кюри. При охлаждении процесс термического изменения параметров решетки проходит в обратном порядке. Параметры элементарных ячеек тетрагональной структуры превращаются в параметры орторомбической структуры. Поскольку

1,25 нм (для НБС) и нм, то т.е. орторомбическая ячейка возникает на основе тетрагональной решеггки без изменения объема а только за счет небольших смещений. Поэтому при фазовом переходе двойниковые границы возникают не в результате двойникования под напряжением, а при сопряжении О и Т фаз. Напряжения в кристалле присутствуют, но возникают они не столько в результате фазовых переходов, сколько из-за неоднородности кристаллов и присутствия ростовых дефектов. Напряжения можно наблюдать как области просветления в скрещенных поляроидах. Эти области становятся видны при температурах, меньших температуры Кюри и практически не видны при температурах, больших Тк. На этом основании можно полагать, что именно сегнетоэлектрический фазовый переход приводит к появлению напряжений. Однако это вряд ли справедливо. Скорее переход в сегнетоэлектрическую фазу приводит к визуализации напряжений вследствие добавления к упруго-оптическому эффекту электрооптического эффекта, приводящего к дополнительному просветлению дефектных областей. Это явление было изучено на кристаллах ниобата лития и будет рассмотрено при

Рис. 9.16. Гистограмма напряжений, требующихся для предотвращения двойникования в кристаллах НБН различной степени совершенства [36]: 1 - совершенные кристаллы, имевшие немногочисленные двойниковые границы, равномерно распределенные по кристаллу; 2 - кристаллы, имеющие отдельные области с высокой плотностью двойников; 3 - кристаллы с высокой плотностью двойников

описании оптической неоднородности этих кристаллов (п. 9.11). Следует отметить, что измерение термического расширения кристаллов, содержащих двойники, не дает разницы термического расширения по направлениям (рис. 9.15). Это объясняется приблизительно одинаковым распределением двойников с параметрами по макроскопическим направлениям

Процесс образования двойников может быть подавлен, если охлаждать кристаллы под действием одноосного сжатия. В работе [34] сообщалось, что образования двойников можно избежать охлаждением кристалла НБН от температуры под нагрузкой . В действительности ситуация оказывается более сложной. Напряжение раздвойникования должно быть тем выше, чем выше плотность двойников, т.е. чем выше ростовая неоднородность кристаллов и их внутренние напряжения. В то же время напряжение не должно быть слишком высоким, так как это может привести в лучшем случае к росту числа двойников, а в худшем - к хрупкому разрушению. Напряжения для раздвойникования НБН предложены в [31] (рис. 9.16). При выдержке под нагрузкой при раздвойникование не происходит. Скорость охлаждения от температуры раздвойникования не оказывает заметного влияния на этот процесс. Важнейшим фактором, определяющим появление двойников в рассматриваемых кристаллах, является дефектность кристалла, возникающая в процессе выращивания. Эти дефекты (ростовая полосчатость, ячеистая структура, фасетки и т.д.) создают области, в которых происходит зарождение двойников и плотность двойников оказывается максимальной. Попытки уменьшения ростовой неоднородности НБН отжигом при к успеху не привели [33]. Наилучшим способом получения кристаллов с малой плотностью двойников, которые можно легко устранять, остается выращивание кристаллов оптически однородных, с минимумом ростовых дефектов.