4.1 Морфология ямок травления граней (ПО) и (001)

В работе проводилось исследование образцов, вырезанных из кристаллов парателлурита, выращенных способом Чохрапьского в направлениях [110] и [001], по методике, описанной в п. 2.1.2.

Селективное травление плоскости (110) проводилось согласно методике п.2.2.6.2. На рисунке 4.1 представлены изображения поверхности кристалла парателлурита, подвергнутого селективному химическому травлению, полученные по стандартному методу светлого поля на металлографическом оптическом микроскопе МИМ-8 с помощью объективов с различной числовой

Рисунок 4.1 - Светлопольные изображения травленной поверхности кристалла TeO₂, полученные на МИМ-8 (?30), (?70) и (?230)

На рисунках 4.2-4.3 представлены изображения ямок травления (ПО), полученные на растровом электронном микроскопе. Здесь отчетливо

просматривается тонкая структура ямок, их кристаллографическая ориентация.

Рисунок 4.2 - Ямки травления TeO₂ [110]: режим вторичных а,в и обратно­рассеянных электронов б.JEOL 6610 LV (х500, х 2000)

Рисунок 4.3 - Ямки травления TeCb [110], режим вторичных электронов. JEOL

6610 LV (х 2000, х 4000, х 9000)

Из рисунков видно, что некоторые ямки травления имеют форму искаженного четырехугольника. Это связано с внутренними напряжениями, возникающими в области дислокации. На протравленной поверхности кристалла парателлурита, представленной на рисунках 4.2-4.3, хорошо заметен образовавшийся рельеф с пологими склонами, известный при травлении других веществ и называемый Хейманом [56] «hills and valleys» (холмы и долины). Его появление обычно определяется крупномасштабными неоднородностями в распределении концентрации растворителя и его температуры вдоль поверхности и не связано непосредственно с дислокациями.

Карбонат натрия Na₂CO₃в водных растворах подвергается гидролизу:

2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O ≈ Na⁺ HCO₃^ + OH^- + Na⁺.

Если записать ионы предыдущего уравнения в виде химических формул веществ, мы получим уравнение гидролиза в следующей молекулярной форме:

Na₂CO₃- + H₂O ≈ NaHCO₃ + Na ОН.

В обычных условиях гидролиз протекает главным образом по первой ступени + ионы COj^2-связывают ионы водорода Н“ воды, образуя сначала устойчивые ионы HCO₃^-. В растворе накапливаются ионы OH^-, поэтому среда становится щелочной, [H⁺] < [ОН^-]. Фактически происходящее при травлении

парателлурита можно описать уравнением:

TeO₂ +2NaOH - Na₂TeO₃ + H₂O, в котором уже не отражено присутствие карбоксильной группы. Далее следует учесть, что константы диффузии γ_iразличных веществ, присутствующих вблизи поверхности кристалла, имеют различные значения, вследствие чего итоговые скорости растворения вдоль и ортогонально поверхности могут испытывать пульсации. Второй причиной ступенчатого строения поверхностей дислокационных ямок являются флуктуации скорости растворения кристалла, обусловленые гидродинамикой раствора в ямках в процессе травления.

Анализ изображений ямок травления парателлурита показывает, что на их поверхностях накладывается в среднем 10-12 ступенек. При средней глубине ямок ~10 мкм это означает что средняя высота ступенек Ah близка к 1мкм.

При этом, поскольку это уравнение допускает частные решения

где к - константа разделения, определяемая краевыми условиями, а также частное решение

и экспериментально измеренные высоты ∆h (т.е. убывающие вглубь ямки амплитуды выступов) соответствуют последнему уравнению, можно считать, что именно различия констант диффузии компонент растворителя и продуктов реакции вызывает флуктуации скорости растворения, и как следствие, образование ступенек на поверхности ямок. На указанный процесс некоторое влияние может оказывать и движение растворителя вблизи поверхности. В связи с этим желательно оценить толщинами диффузионного пограничного слоя δ₀и гидродинамического пограничного слоя δ∏. В условиях опытов по травлению парателлурита температура раствора была существенно ниже температуры кипения, искусственное перемешивание не применялось, и скорости потоков ламинарного движения жидкости вблизи поверхности ямок не могли приводить к уменьшению величин δn до значений, при которых гидродинамический пограничный слой оказался бы тоньше диффузионного пограничного слоя (δ₀< ‰). В этом случае никакого образования квазипериодического рельефа в виде ступенек не происходило бы. Сама толщина диффузионного пограничного слоя должна быть порядка расстояния между ступеньками, т.е.