Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн
Проведен эксперимент по ударному обжатию шара из природного кварца сферически сходящимися ударными волнами. Фазовый состав и структура образца после ударного нагружения изучены методами рентгеноструктурного анализа, оптической микроскопии и рамановского рассеяния. Обнаружено, что в результате ударно...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69332 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн / А.В. Добромыслов, Н.И. Талуц, Е.А. Козлов, В.М. Гундырев, Ю.С. Поносов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 96-100. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860228900155555840 |
|---|---|
| author | Добромыслов, А.В. Талуц, Н.И. Козлов, Е.А. Гундырев, В.М. Поносов, Ю.С. |
| author_facet | Добромыслов, А.В. Талуц, Н.И. Козлов, Е.А. Гундырев, В.М. Поносов, Ю.С. |
| citation_txt | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн / А.В. Добромыслов, Н.И. Талуц, Е.А. Козлов, В.М. Гундырев, Ю.С. Поносов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 96-100. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Проведен эксперимент по ударному обжатию шара из природного кварца сферически сходящимися ударными волнами. Фазовый состав и структура образца после ударного нагружения изучены методами рентгеноструктурного анализа, оптической микроскопии и рамановского рассеяния. Обнаружено, что в результате ударного воздействия в шаре образуются зоны с разными структурным и фазовым состояниями. В периферийной зоне происходит деформация кварца, приводящая при приближении к центральной зоне к образованию диаплектова стекла. В центральной зоне после прекращения воздействия наблюдается присутствие лешательерита.
Проведено експеримент по ударному обтисканню кулі з природного кварцу ударними хвилями, що сферично сходяться. Фазовий склад і структура зразка після ударного навантаження вивчені методами рентгеноструктурного аналізу, оптичної мікроскопії і раманівського розсіяння. Виявлено, що в результаті ударної дії в кулі утворюються зони з різними структурним і фазовим станами. У периферійній зоні відбувається деформація кварцу, що призводить до утворення диаплектова скла під час наближення до центральної зони. У центральній зоні після припинення дії спостерігається присутність лешательерита.
Experiment on shock wave loading of the natural quartz sphere has been made. Phase state and structure of specimen after loading have been studied using X-ray diffraction, optical microscopy, and Raman-scattering methods. It has been established that zones with a different structural and phase states are formed in the sphere as a result of shock action. Deformation of quartz occurs in peripheral zone that leads to formation of diaplectic glass at approaching the central zone. In the central zone, presence of lechatelierite is observed after loading.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:21:21Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
© А.В. Добромыслов, Н.И. Талуц, Е.А. Козлов, В.М. Гундырев, Ю.С. Поносов, 2010
PACS: 82.40.Fp, 91.35.Ed
А.В. Добромыслов1, Н.И. Талуц1, Е.А. Козлов2, В.М. Гундырев1,
Ю.С. Поносов1
ОСОБЕННОСТИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В КВАРЦЕ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ СФЕРИЧЕСКИ СХОДЯЩИХСЯ УДАРНЫХ ВОЛН
1Институт физики металлов УрО РАН
ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620990, Россия
E-mail: Dobromyslov@imp.uran.ru
2Российский федеральный ядерный центр − ВНИИ технической физики
им. акад. Е.И. Забабахина
а/я 245, г. Снежинск, Челябинская обл., 456770, Россия
Проведен эксперимент по ударному обжатию шара из природного кварца сфери-
чески сходящимися ударными волнами. Фазовый состав и структура образца
после ударного нагружения изучены методами рентгеноструктурного анализа,
оптической микроскопии и рамановского рассеяния. Обнаружено, что в резуль-
тате ударного воздействия в шаре образуются зоны с разными структурным и
фазовым состояниями. В периферийной зоне происходит деформация кварца,
приводящая при приближении к центральной зоне к образованию диаплектова
стекла. В центральной зоне после прекращения воздействия наблюдается при-
сутствие лешательерита.
Ключевые слова: ударные волны, кварц, структура, аморфизация
Изучение фазовых превращений, протекающих в кварце под действием
высоких давлений, является исключительно важным для понимания различ-
ных проблем физики твердого тела, материаловедения и геологии. Под дей-
ствием ударных волн в кварце могут возникать фазы высокого давления, а
также различные аморфные модификации [1−3]. Целью данного исследова-
ния являлось изучение фазового и структурного состояний природного
кварца после нагружения сферически сходящимися ударными волнами.
Методика эксперимента
Для исследования был приготовлен шар из природного кварца диаметром
~ 49 mm, который помещали в сферический гермочехол из стали 12Х18Н10Т.
Взрывное нагружение образца осуществляли сходящейся детонационной
волной сферического слоя взрывчатого вещества на основе октогена (HMX-
based composition) толщиной 10 mm. В процессе распространения сфериче-
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
97
ской ударной волны максимальные давления и температуры в каждом слое
оказывались разными в зависимости от глубины залегания слоя в исходном
образце. Наибольшие значения эти параметры имели в центре шара, достигая
температур, превышающих температуры плавления кварца при давлениях в
мегабарной области. Сохраненный после ударного воздействия образец был
разрезан по меридиональной плоскости алмазным кругом. Послойный анализ
структуры и фазового состава образца был осуществлен методами рентгено-
структурного анализа, оптической микроскопии и рамановского рассеяния.
Рентгеноструктурный анализ проводили на рентгеновском дифрактометре
ДРОН-3 и в микропучковой камере с диаметром рентгеновского пучка 0.1 mm
в Cu Kα-излучении. Съемку рентгенограмм на микропучковой камере прово-
дили в радиальном направлении от верхней точки шара.
Результаты и их обсуждение
В исходном состоянии кварц имеет темно-серый цвет (рис. 1,а). Образец,
сохраненный после нагружения, является монолитным. На меридиональном
сечении образца наблюдаются две зоны: периферийная светло-серого и цен-
тральная темно-серого цвета в форме сферы диаметром ~ 15.5 mm, смещен-
ная от центра шара к его нижней точке (рис. 1,б).
10 mm
а б
Рис. 1. Общий вид сечения цилиндрической заготовки исходного кварца (а) и ме-
ридионального сечения шара, изготовленного из этой заготовки, после ударного
нагружения (б)
Послойное изучение фазового состава периферийной зоны с помощью мик-
ропучковой рентгеновской камеры показывает, что она сохраняет структуру
исходного кварца. Из-за сравнительно крупного размера кристаллитов в исход-
ном кварце дифракционные линии состоят из большого количества рефлексов
(рис. 2,а). Сравнение рентгенограмм от исходного кварца и полученной от слоя
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
98
1 42 3
а б в
г д е
Рис. 2. Рентгенограммы от исходного кварца (а) и от слоев, полученных после
ударного нагружения и расположенных на различных расстояниях от поверхности
шара, mm: б – 4.7, в – 17, г – 20.4, д – 21.5, е – 23. Цифрами обозначены линии α-
кварца: 1 – (101), 2 – (110), 3 – (211), 4 – (212 + 203 + 301)
на расстоянии 4.7 mm от поверхности нагружения (рис. 2,б) показывает, что
в процессе ударного нагружения не происходит изменение фазового состава
и образование фаз высокого давления: на рентгенограмме присутствуют
только линии α-кварца. Однако после ударного нагружения рефлексы раз-
мываются в азимутальном направлении, свидетельствуя об измельчении
кристаллов кварца в результате их деформации. Интенсивность и вид линий
изменяются с увеличением глубины залегания слоя в шаре. Вблизи рефлек-
сов появляется большое количество астеризмов, что свидетельствует о мо-
заичности кристаллической решетки кварца (рис. 2,б,в).
Изменение дифракционной картины наблюдается при приближении к
центральной зоне. Интенсивность дифракционных линий уменьшается, ас-
теризмы вблизи рефлексов исчезают, а сами линии уширяются (рис. 2,г).
Вид рентгенограмм существенно изменяется при переходе в центральную
зону: интенсивность всех линий заметно уменьшается и дополнительно ме-
жду линиями (100) и (101) в области углов 2θ = 19−26° появляется интен-
сивное диффузное гало (рис. 2,д). На рентгенограммах, полученных от цен-
тральной части шара, присутствует только диффузное гало, свидетельст-
вующее о переходе кварца в аморфное состояние (рис. 2,е).
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
99
Рентгеновские данные полностью
подтверждаются результатами, по-
лученными с помощью рамановско-
го рассеяния. Рамановский спектр от
исходного кварца приведен на рис. 3
(кривая 1). В спектре четко видны
характерные линии 127, 206, 354 и
463. От аморфной области, находя-
щейся в центре шара, вместо дис-
кретного спектра, характерного для
α-кварца, регистрируется непрерыв-
ный спектр частот с максимумом в
интервале 400−500 сm–1 (рис. 3, кри-
вая 2), что согласуется с литератур-
ными данными [4−6].
В кристаллическом α-кварце мо-
гут возникать различные модифика-
ции аморфного состояния: диаплектово стекло, плавленый кварц и леша-
тельерит [7]. Первое образуется в результате сильной деформации, приво-
дящей к появлению в кварце деформационных дефектов плоскостного типа.
По своим оптическим свойствам и плотности диаплектово стекло отличает-
ся как от плавленого кварца, так и от лешательерита. Полученные нами дан-
ные показывают, что образование диаплектова стекла происходит в слоях,
расположенных на расстояниях 19.5−22.5 mm от поверхности нагружения. В
слоях, расположенных на расстояниях 21.5−22.5 mm, наблюдается одновре-
менное присутствие диаплектова стекла и лешательерита, а в более глубо-
ких слоях обнаруживается только лешательерит.
Заключение
Проведенное исследование показало, что в шаре из природного кварца в
результате нагружения сферически сходящимися ударными волнами образу-
ются зоны с разными структурным и фазовым состояниями. В периферийной
зоне происходит деформация кварца, которая при приближении к централь-
ной зоне приводит к образованию диаплектова стекла. В центральной зоне
после прекращения воздействия наблюдается присутствие лешательерита.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фунда-
ментальных исследований, грант № 08-05-00165.
1. J.R. Ashworth, H. Schneider, Phys. Chem. Minerals 11, 241 (1985).
2. M. Grimsditch, S. Popova, V.V. Brazhkin, R.N. Voloshin, Phys. Rev. B50, 12984 (1994).
3. С.М. Стишов, УФН 172, 473 (2002).
4. K.J. Kingma, R.J. Hemley, H. Mao, Phys. Rev. Lett. 70, 3927 (1993).
Рис. 3. Рамановский спектр от исходно-
го природного кварца (кривая 1) и от
центральной области шара после на-
гружения сферически сходящимися
ударными волнами (кривая 2)
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
100
5. P. Gillet, Phys. Chem. Minerals 23, 263 (1996).
6. V. Stale, R. Altherr, M. Koch, L. Nasdala, Contrib Mineral Petrol 155, 457 (2008).
7. D. Stoffler, F. Langenhorst, Meteoritics 29, 155 (1994).
А.В. Добромислов, Н.І. Талуц, Е.А. Козлов, В.М. Гундирев, Ю.С. Поносов
ОСОБЛИВОСТІ ФАЗОВИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ В КВАРЦІ ПІД ДІЄЮ
УДАРНИХ ХВИЛЬ, ЩО СФЕРИЧНО СХОДЯТЬСЯ
Проведено експеримент по ударному обтисканню кулі з природного кварцу удар-
ними хвилями, що сферично сходяться. Фазовий склад і структура зразка після
ударного навантаження вивчені методами рентгеноструктурного аналізу, оптичної
мікроскопії і раманівського розсіяння. Виявлено, що в результаті ударної дії в кулі
утворюються зони з різними структурним і фазовим станами. У периферійній зоні
відбувається деформація кварцу, що призводить до утворення диаплектова скла під
час наближення до центральної зони. У центральній зоні після припинення дії спо-
стерігається присутність лешательерита.
Ключові слова: ударні хвилі, кварц, структура, аморфізація
A.V. Dobromyslov, N.I. Taluts, E.A. Kozlov, V.M. Gundyrev, Yu.S. Ponosov
FEATURES OF PHASE TRANSFORMATIONS IN QUARTZ
UNDER ACTION OF SPHERICAL CONVERGING SHOCK WAVES
Experiment on shock wave loading of the natural quartz sphere has been made. Phase
state and structure of specimen after loading have been studied using X-ray diffraction,
optical microscopy, and Raman-scattering methods. It has been established that zones
with a different structural and phase states are formed in the sphere as a result of shock
action. Deformation of quartz occurs in peripheral zone that leads to formation of
diaplectic glass at approaching the central zone. In the central zone, presence of le-
chatelierite is observed after loading.
Keywords: shock waves, quartz, structure, amorphisation
Fig. 1. The view of initial quartz (a) and meridional section of the sphere after shock
loading (б)
Fig. 2. X-ray diffraction patterns from initial state (a) and the layers obtained and located at
various distances from the specimen surface, mm: б – 4.7, в – 17, г – 20.4, д – 21.5, е –
23. The numerals designate the α-quarts lines: 1 – (101), 2 – (110), 3 – (211), 4 – (212 +
+ 203 + 301)
Fig. 3. Raman spectrum of quartz: initial state (curve 1) and central zone of sphere after
shock wave loading (curve 2)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69332 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:21:21Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Добромыслов, А.В. Талуц, Н.И. Козлов, Е.А. Гундырев, В.М. Поносов, Ю.С. 2014-10-11T07:29:54Z 2014-10-11T07:29:54Z 2010 Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн / А.В. Добромыслов, Н.И. Талуц, Е.А. Козлов, В.М. Гундырев, Ю.С. Поносов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 96-100. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 82.40.Fp, 91.35.Ed https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69332 Проведен эксперимент по ударному обжатию шара из природного кварца сферически сходящимися ударными волнами. Фазовый состав и структура образца после ударного нагружения изучены методами рентгеноструктурного анализа, оптической микроскопии и рамановского рассеяния. Обнаружено, что в результате ударного воздействия в шаре образуются зоны с разными структурным и фазовым состояниями. В периферийной зоне происходит деформация кварца, приводящая при приближении к центральной зоне к образованию диаплектова стекла. В центральной зоне после прекращения воздействия наблюдается присутствие лешательерита. Проведено експеримент по ударному обтисканню кулі з природного кварцу ударними хвилями, що сферично сходяться. Фазовий склад і структура зразка після ударного навантаження вивчені методами рентгеноструктурного аналізу, оптичної мікроскопії і раманівського розсіяння. Виявлено, що в результаті ударної дії в кулі утворюються зони з різними структурним і фазовим станами. У периферійній зоні відбувається деформація кварцу, що призводить до утворення диаплектова скла під час наближення до центральної зони. У центральній зоні після припинення дії спостерігається присутність лешательерита. Experiment on shock wave loading of the natural quartz sphere has been made. Phase state and structure of specimen after loading have been studied using X-ray diffraction, optical microscopy, and Raman-scattering methods. It has been established that zones with a different structural and phase states are formed in the sphere as a result of shock action. Deformation of quartz occurs in peripheral zone that leads to formation of diaplectic glass at approaching the central zone. In the central zone, presence of lechatelierite is observed after loading. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант № 08-05-00165. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн Особливості фазових перетворень в кварці під дією ударних хвиль, що сферично сходяться Features of phase transformations in quartz under action of spherical converging shock waves Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн Добромыслов, А.В. Талуц, Н.И. Козлов, Е.А. Гундырев, В.М. Поносов, Ю.С. |
| title | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| title_alt | Особливості фазових перетворень в кварці під дією ударних хвиль, що сферично сходяться Features of phase transformations in quartz under action of spherical converging shock waves |
| title_full | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| title_fullStr | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| title_full_unstemmed | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| title_short | Особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| title_sort | особенности фазовых превращений в кварце под действием сферически сходящихся ударных волн |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69332 |
| work_keys_str_mv | AT dobromyslovav osobennostifazovyhprevraŝeniivkvarcepoddeistviemsferičeskishodâŝihsâudarnyhvoln AT talucni osobennostifazovyhprevraŝeniivkvarcepoddeistviemsferičeskishodâŝihsâudarnyhvoln AT kozlovea osobennostifazovyhprevraŝeniivkvarcepoddeistviemsferičeskishodâŝihsâudarnyhvoln AT gundyrevvm osobennostifazovyhprevraŝeniivkvarcepoddeistviemsferičeskishodâŝihsâudarnyhvoln AT ponosovûs osobennostifazovyhprevraŝeniivkvarcepoddeistviemsferičeskishodâŝihsâudarnyhvoln AT dobromyslovav osoblivostífazovihperetvorenʹvkvarcípíddíêûudarnihhvilʹŝosferičnoshodâtʹsâ AT talucni osoblivostífazovihperetvorenʹvkvarcípíddíêûudarnihhvilʹŝosferičnoshodâtʹsâ AT kozlovea osoblivostífazovihperetvorenʹvkvarcípíddíêûudarnihhvilʹŝosferičnoshodâtʹsâ AT gundyrevvm osoblivostífazovihperetvorenʹvkvarcípíddíêûudarnihhvilʹŝosferičnoshodâtʹsâ AT ponosovûs osoblivostífazovihperetvorenʹvkvarcípíddíêûudarnihhvilʹŝosferičnoshodâtʹsâ AT dobromyslovav featuresofphasetransformationsinquartzunderactionofsphericalconvergingshockwaves AT talucni featuresofphasetransformationsinquartzunderactionofsphericalconvergingshockwaves AT kozlovea featuresofphasetransformationsinquartzunderactionofsphericalconvergingshockwaves AT gundyrevvm featuresofphasetransformationsinquartzunderactionofsphericalconvergingshockwaves AT ponosovûs featuresofphasetransformationsinquartzunderactionofsphericalconvergingshockwaves |