Аморфизация кристаллической серы при деформации в условиях высокого давления и криогенных температур
Аннотация
У серы одна из самых сложных P-T фазовых диаграмм. Сера хорошо исследована при нагревах и охлаждениях, также хорошо исследована в 20 столетии в физике и технике высоких давлений. В экспериментах под давлением в силу её химической активности изучать серу следует химически инертной среде, роль которой может выполнять жидкий азот. Ни в одном из исследованных веществ не наблюдается такой разницы в определении фазовых границ, как в сере. Это относится и к линии плавления, и к фазовым переходам в твердом состоянии. Это связано со значительной склонностью серы к переохлаждению и полимеризации, а также с чувствительностью фазовых превращения к присутствию сдвиговых напряжений в аппаратах с квазигидростатитческой средой сжатия.
Образец исследования у нас сера в кристаллическом состоянии, размером примерно 17 мм, от которого откололи небольшое количество, после чего провели деформацию под высоким давлением в камере Бриджмена. Были проведены измерения электрического сопротивления серы при различных давлениях и температурах, давления варьировали от атмосферного до 4 ГПа, температуру изменяли от комнатной до 78 К, охлаждением камеры в жидком азоте. Измерение электросопротивления проводили электронным омметром. Эксперименты под давлением показали, что сера остаётся диэлектриком во всём диапазоне давлений с мегабарных значением электросопротивления.
Были выполнены эксперименты по статическому прессованию предварительно размолотой в ступке кристаллической серы. Сжатие серы показало, что баростатическая обработка до давлений свыше 2-3 ГПа приводит к взрывному выбросу порошковых образцов серы из-под наковален Бриджмена. При этом происходила реакция серы с компонентами атмосферного воздуха – кислородом и водородом, а на поверхности наковален оставались следы газовых взрывных выбросов продуктов реакции.
Исследование сканирующим методом микроструктуры образцов обжатых и подвергнутых деформации сдвигом в камере Бриджмена при 78 К показало, что порошковые образцы серы после сжатия спрессовывались в конгломерат частиц и сохраняли цельное состояние при последующей манипуляции с ними. Измерения выполненные на сканирующем микроскопе с участка исходных и обжатых под давлением образцов показали, что исследуемые образцы серы на 99,65 ат.% состоят из серы, а в качестве примеси имеется 00,35 ат.% цезий. После обжатия в камере Бриджмена и поворота наковален на 360 градусов при температуре кипения жидкого азота, когда сера изменила свой цвет с насыщенно-жёлтого до светло-жёлтого образцы также подвергали химическому анализу в СКАН микроскопе.
Сильная пластическая деформация в условиях высокого давления и криогенных температур вызывает в сере процесс перехода кристаллической решётки в аморфное состояние. Процесс аморфизации начался, но не завершился полностью, т.к. остались малоинтенсивные пики от атомных кристаллографических плоскостей. Поэтому для завершения процесса аморфизации целесообразно применение более жёстких режимов обработки по сжатию и величине деформации
Образец исследования у нас сера в кристаллическом состоянии, размером примерно 17 мм, от которого откололи небольшое количество, после чего провели деформацию под высоким давлением в камере Бриджмена. Были проведены измерения электрического сопротивления серы при различных давлениях и температурах, давления варьировали от атмосферного до 4 ГПа, температуру изменяли от комнатной до 78 К, охлаждением камеры в жидком азоте. Измерение электросопротивления проводили электронным омметром. Эксперименты под давлением показали, что сера остаётся диэлектриком во всём диапазоне давлений с мегабарных значением электросопротивления.
Были выполнены эксперименты по статическому прессованию предварительно размолотой в ступке кристаллической серы. Сжатие серы показало, что баростатическая обработка до давлений свыше 2-3 ГПа приводит к взрывному выбросу порошковых образцов серы из-под наковален Бриджмена. При этом происходила реакция серы с компонентами атмосферного воздуха – кислородом и водородом, а на поверхности наковален оставались следы газовых взрывных выбросов продуктов реакции.
Исследование сканирующим методом микроструктуры образцов обжатых и подвергнутых деформации сдвигом в камере Бриджмена при 78 К показало, что порошковые образцы серы после сжатия спрессовывались в конгломерат частиц и сохраняли цельное состояние при последующей манипуляции с ними. Измерения выполненные на сканирующем микроскопе с участка исходных и обжатых под давлением образцов показали, что исследуемые образцы серы на 99,65 ат.% состоят из серы, а в качестве примеси имеется 00,35 ат.% цезий. После обжатия в камере Бриджмена и поворота наковален на 360 градусов при температуре кипения жидкого азота, когда сера изменила свой цвет с насыщенно-жёлтого до светло-жёлтого образцы также подвергали химическому анализу в СКАН микроскопе.
Сильная пластическая деформация в условиях высокого давления и криогенных температур вызывает в сере процесс перехода кристаллической решётки в аморфное состояние. Процесс аморфизации начался, но не завершился полностью, т.к. остались малоинтенсивные пики от атомных кристаллографических плоскостей. Поэтому для завершения процесса аморфизации целесообразно применение более жёстких режимов обработки по сжатию и величине деформации