Блог

Уймина К.А., Ларионов М.Ю., Карабаналов М.С., Гроховский В.И.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИОННЫХ СООТНОШЕНИЙ МИНЕРАЛОВ В МЕТЕОРИТЕ ЧИНГЕ МЕТОДОМ ДОЭ 

В последние годы метод обратно отраженных электронов ДОЭ (EBSD) приобрел широкую известность благодаря возможности быстрого прицельного получения дифракционных картин с локальных участков кристаллических фаз. Метод позволяет проводить количественное исследование кристаллографической ориентации, фазового состава, границ зерен, в комбинации с анализом химического состава его можно использовать для идентификации неизвестных фаз. Нами метод ДОЭ был применен для исследования структурных особенностей железного метеорита Чинге IVB.

Атаксит Чинге имеет мелкодисперсную неразличимую в оптический микроскоп структуру, называемую плесситом, химический состав которой 17 вес. % Ni, 0.5 вес. % Со, остальное Fe. Плессит представляет собой смесь минералов ОЦК камасита (α) и ГЦК тэнита (γ) и тетратэнита FeNi (γ”). Он наблюдается в металле железных, железо-каменных метеоритов и хондритов. Эта двухфазная смесь образуется при распаде тэнита в процессе охлаждении метеорита от высоких температур [Goldstein, Michael, 2006].

Травление шлифов метеорита Чинге выявляет на его поверхности полосы селективного отражения (ПСО) или «Schliren bands» шириной 1–10 мм, природа которых является предметом дискуссии.

Для изучения продуктов фазовых превращений в области ПСО был применен растровый электронный микроскоп JSM 6490LV (ЦКП УГТУ-УПИ) с приставкой CHANNEL5. Для анализа выбранных участков на приборе ПМТ-3 были нанесены метки в виде отпечатков пирамиды. Затем образец был переполирован с финишной обработкой на коллоиде SiO2 с размером частиц 0.04 мкм.

Съемка проводилась при напряжении U = 20 кВ, токе I = 49 мкА, диаметром зонда 50 нм, увеличении ×5000 и с шагом 100 нм в области ПСО и ×2000 с шагом 0.5 мкм в области зерна камасита. Параметры решетки для идентификации фаз: аГЦК = 0.366 нм, аОЦК = 0.287 нм. Решетка тетратэнита имеет незначительную тетрагональность, но ввиду малого отличия параметров решетки тэнита и тетратэнита они были объединены при анализе.

Граница ПСО ярко проявилась в контрасте ориентации камасита. Ориентационная карта показала, что тэнит является мелкодисперсным, разориентированным и преимущественно располагается в границах субзерен камасита. Кроме того, тэнит находится в виде каймы вокруг крупного зерна камасита (окрашен белым на рис. 1, г).

Ориентационные соотношения минералов в метеорите Чинге выявлены при анализе прямых полюсных фигур, полученных методом ДОЭ (EBSD) (рис. 2). Для анализа использовалась программа CarRIne Crystallography 3.1, позволяющая моделировать кристаллическую структуру и строить стереографические проекции. При помощи этой программы моделировалась кристаллическая структура искомых минералов и путём вращения добивались такого же положения полюсов стереографической проекции, что и в эксперименте. Распознанным полюсам на полюсной фигуре, полученной из эксперимента, приписывались индексы с учетом знаков. Путем сопоставления расшифрованных полюсных картин делался вывод о параллельности определённых плоскостей в кристаллических структурах фаз с различными ориентировками.

Исследовались три области железного метеорита Чинге IVB: в ПСО, вне ПСО и область, включающая крупное зерно камасита вне ПСО (рис. 1).  В ходе анализа полюсных

Рис. 1. Ориентационные карты камасита (а, б, в) и тэнита (г): а – область, включающая зерно избыточного камасита, б – область вне ПСО, в – область в ПСО, г – ориентационная карта тэнита.

фигур были выявлены 4 различные преобладающие ориентировки. Было обнаружено, что тэнит во всех трех областях имеет одну преимущественную ориентировку «С»
(рис. 1, г): часть участков γ фазы по границам α2 имеют ту же ориентацию, что и тэнит, окружающий зерно камасита (ориентация родительского тэнита). Вне ПСО камасит
образуется из тэнита в ориентировке «А», при этом выполняется соотношение Курдюмова-Закса (К-З): {110}ОЦК {111}ГЦК и <1-11>ОЦК <1-10>ГЦК, в нашем случае <10-1>А
< 1-1-1>С.  Вне  ПСО  найдено  две  ориентировки камасита «D», «Е», отличные от «А».
 
Рис. 2. Набор полюсных фигур, полученных методом ДОЭ, позволяющий выявить преимущественные ориентировки тэнита и камасита в ПСО.

Камасит вне ПСО в основном имеет ориентировку D, для которой с тэнитом «С» выполняется соотношение К-З с направлениями: <101>D<111>С. Для второй
ориентации камасита «Е» выполняется соотношение К-З с направлениями <10-1>Е
<1-11>С. Кроме того между двумя ориентировками камасита «D» и «Е» вне ПСО
существует следующее ориентационное соотношение {111}D{111}Е. Ориентировки камасита в ПСО и вне ПСО соотносятся следующим образом: <110>А<100>D и
<-110>А<001>Е. Зерно камасита вне ПСО имеет такую же ориентировку, как и камасит в ПСО. В процессе превращения γ→α2+ γост→α+γ+γост образуются три ориентировки камасита «А», «D» и «Е», но в разных полосах селективного отражения преобладают различные ориентировки: в ПСО «А», а вне полосы «D» и «Е» (табл. 1).

Таблица
Преимущественные ориентации камасита и тэнита
в железном метеорита Чинге IVB
Минерал В полосе Вне полосы Вне полосы (зерно)
Камасит (ОЦК) A D E D E A
Тэнит (ГЦК) C C C

Из вышеперечисленного можно сделать вывод, что часть γ-фазы росла из α-фазы и имела различный набор ориентировок, но сохранилась и родительская ГЦК-фаза с ориентацией γостаточной. Характер сосуществования фаз в субмикроструктуре и ориентационные соотношения их в ПСО, показывают, что природа ПСО обусловлена реакцией мартенситного типа: γ → α2 + γост → α + γ + γост, с сохранением ориентации родительской γ-фазы и набора ориентаций α-фазы.

Литература

Goldstein J. I., Michael J. R. The formation of plessite in meteoritic metal // Meteoritics and Planetary Science. 2006. Vol. 41, № 4. P. 553–570.