Тезисы научной конференции ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ, апрель 2005 года

Секция ГЕОЛОГИЯ

Подсекция: Кристаллография и кристаллохимия

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА И РЕАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АЛМАЗА, СИНТЕЗИРОВАННОГО В КАРБОНАТ-УГЛЕРОДНЫХ РАСПЛАВАХ

В.С. Урусов, Ю.А. Литвин (ИЭМ РАН), А.В. Спивак

Современные исследования в области экспериментальной минералогии высоких давлений [1, 2] с использованием данных химической минералогии сделали возможным воспроизведение процессов кристаллизации природных алмазов в опытах с расплавами карбонат-углеродных систем. Начаты систематические исследования роста кристаллов алмаза в многокомпонентных средах, химически подобных природным.

Цель настоящей работы - экспериментальное изучение особенностей роста кристаллов алмаза в расплавах многокомпонентных карбонат-углеродных систем с составом, подобным природному, исследование кинетических особенностей процессах кристаллизации алмаза, определение содержание примесного азота и положение азотных центров в реальной структуре <карбонат-синтетических> алмазов.

В качестве растворителя углерода (графита) использованы карбонатные расплавы с многокомпонентным составом K₂CO₃ - 27.21, Na₂CO₃ - 2.89, CaCO₃ - 26.91 , FeCO₃ - 25.63, MgCO₃ - 17.35 (в мас. %). Опыты в интервале 5.5 - 8.5 ГПа выполнялись в аппарате высокого давления типа <наковальня с лункой> с трубчатыми графитовыми нагревателями диаметром 7/6 мм.

Для исследуемой системы экспериментально определены РТ-граничные условия для (1) спонтанной нуклеации и массовой кристаллизации алмаза в области лабильно пересыщенных к алмазу расплавов-растворов углерода (ОЛР) и (2) монокристаллического роста на алмазных затравках в области метастабильно пересыщенных к алмазу расплавов-растворов углерода (ОМП). При спонтанной кристаллизации - оценочная плотность нуклеации от не менее 3-5*10² до 1*10⁵ зародышей алмазной фазы в мм3. При этом формируются отдельные октаэдрические кристаллы размерами до 200 мкм, шнинелевые и полисинтетические двойники, сростки (алмазиты).

Азот является главной структурной примесью в алмазе. Исследование содержания и состояния примесного азота является одной из главных проблем физики и материаловедения природных и синтетических алмазов. Метод ядерного зонда был впервые применён для определения содержания азота и исследования его распределения в приповерхностной области и в объеме кристаллов алмаза. Содержание азота в <приповерхностной> зоне кристалла 0-2,5 m - 3,5-6,4*10^-2 мас. %, в <объеме> кристалла на глубину до 2,5-5 m - 2,2 -6,5*10^-2 мас. %, 5-7,5 m - 2,1 - 6,6*10^-2 мас. %. Для исследования структурного положения и общего содержания азота в кристаллах карбонат-синтетического алмаза применен метод ИК-микроспектроскопии [3]. К особенностям спектра ИК - поглощения монокристаллов карбонат-синтетического алмаза размерами 80 - 100 (m в однофононной (примесной) области является присутствие двух пиков поглощения - при 1130 см^-1 (признак С-центра, характерного для алмазов типа Ib) и 1282 см^-1 (признак А-центра, характерного для алмазов типа IaА). Таким образом, исследуемые карбонат-синтетические алмазы относятся к смешанному типу Ib - IaА. Впервые установлено, что значительная часть азота встраивалась в процессе роста в виде атомных пар.

Поддержка: НШ-1955.2003.5, грант РФФИ и Минпромнауки N 04-05-97220.

Литература: