Дислокационный механизм роста кристаллов — рост спиральными слоями

Представления о дислокациях в кристаллической структуре возникли в 30-е годы XX в. у кристаллофизиков (Д. Тейлор, Е. Орован и М. Полани) в связи с необходимостью разрешения проблемы несоответствия теоретической и реальной прочности кристаллов. В 1939 г. Д. Бюргере ввел понятие винтовой дислокации (рис. 9); через 10 лет Ф. Франк предложил использовать представление о винтовых дислокациях при обсуждении механизма роста кристаллов для разрешения противоречия между теоретическими и реальными скоростями их роста.

Начиная с середины XX в. понятия о винтовых и краевых дислокациях вошли во все современные учебные курсы кристаллохимии и роста кристаллов, поэтому здесь необходимо остановиться лишь на наиболее значимых для онтогении кристаллов причинах возникновения дислокаций.

• а) При наличии посторонней крупной частицы на грани продвигающийся слой при ее охвате может искривляться — может возникнуть винтовая и краевая дислокация. То же происходит при стыковке участков слоя, когда он перекрывает жидкие включения.
• б) При срастании искривленных ветвей скелетного кристалла, из-за несовпадения решеток последних, вдоль границы срастания появляется ряд дислокаций.

в) При различии составов вещества в соседних пирамидах роста кристаллографически разных граней — вдоль границы пирамид появляются напряжения, их разрешение вызывает образование винтовой и краевой дислокаций на соседних гранях вблизи ребра между ними.

Наличие у выхода винтовой дислокации на грань незарастающей ступени с входящим углом обеспечивает возможность отложения вещества без двумерного зародышеобразования. Возникает непрерывный спиральный слой, и рост кристалла происходит с образованием округлых (при больших пересыщениях) или полигональных (при малых пересыщениях) конусовидных бугорков роста. Возможность взаимодействия спиральных слоев нескольких дислокаций, взаимодействие плоских и спиральных слоев роста позволяет разбираться и интерпретировать сложность картины микрорельефа грани, в том числе картины огибания волной препятствия в случае попадания на грань механических частиц, когда последние располагаются на расстоянии менее диаметра критического зародыша (образуют «частокол Кабреры»): в этом случае растущий слой не проходит между чужеродными частицами, а огибает их.

Рост за счет трехмерных зародышей

При очень большой интенсивности зародышеобразования трехмерные зародыши могут оседать на растущий кристалл в произвольном положении, срастаясь с ним. При незначительном их количестве это приводит к появлению случайных сростков в двойниковом положении, при большом — осевшие зародыши образуют на поверхности кристалла корку разноориентированных кристалликов, блокирующих рост подстилающей их грани кристалла. Как способ роста кристалла этот механизм не получил надежного экспериментального подтверждения, более того, случаи с частичной разориентировкой субиндивидов на гранях кристаллов, описанные в минералогической литературе как пример роста кристалла за счет присоединения трехмерных зародышей, в действительности чаще всего относятся к образованию блочных кристаллов за счет авто деформаций и последующего расщепления. Так что в целом возможно говорить не о росте «за счет» трехмерных зародышей, а скорее «при их участии».