REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Magnezijev aluminijev oksid, MgAl2O4 (spinel), je material s številnimi tehnološkimi
uporabami zaradi svojih izjemnih termičnih, mehanskih in optičnih lastnosti. Kontrola
razvoja mikrostrukture med samim procesom nastajanja je eden glavnih ciljev za dosego
želenih fizikalnih lastnosti spinelne keramike. Študija (111) dvojčkov v naravnem MgAl2O4
spinelu iz Mogoka (Mjanmara) je nakazala, da do dvojčenja v spinelu pride zaradi
prisotnosti berilija (Be2+) med rastjo kristala. Ta povzroči tvorbo hcp zloga in s tem
nastanek dvojčne meje. Tako je dvojčni zlog v spinelu v resnici soroden zlogu, ki ga
zasledimo v vmesnih politipskih sestavah v sistemu MgAl2O4-BeAl2O4.
V okviru doktorskega dela sem razložila in nazorno pokazala, da je dvojčenje v spinelu v
resnici kemijsko inducirano in ni posledica naključnega zraščanja kristalov. V delu sem se
osredotočila na sintezo različnih končnih sestav v ternarnem sistemu BeO-MgO-Al2O3 z
uporabo PbF2 kot sredstva za hitrejše taljenje. Pogoji rasti (1200° C, na zraku) so bili
ustrezni za sintezo spinela, hrizoberila kot tudi vmesnih taaffeitnih sestav. Pokazali smo,
da majhna količina BeO kot dodatka v sistemu MgO-Al2O3 sproži tvorbo dvojčkov spinela,
od enostavnih, do različnih kombinacij dvojčenja, kot so kompleksni zaporedni dvojčki ter
ciklični dvojčki, kakršne najdemo tudi v naravnih kristalih spinela. Dodatek BeO ima
dramatičen efekt na pretirano rast zrn v MgAl2O4 keramiki. Večja količina BeO povzroči
tvorbo ne samo {111} dvojčkov v spinelu, ampak tudi kompleksna epitaksialna preraščanja
spinela in taaffeita. HRTEM študija tega zraščanja je potrdila orientacijsko zvezo
[11̅0]·{111}Sp||[112̅0]·{0001}Taf. Osnovni strukturni element (111) dvojčne meje v spinelu
(nadomeščanje Mg2+ z Be2+ na tetraedrskih mestih) je identičen hcp zlogu določenem v
ternarni taaffeitni sestavi, kar lahko nadalje razumemo, da je dvojčenje verjetno začetna,
oziroma, pripravljalna stopnja politipne tvorbe taaffeita. Nastanek {111} dvojčkov je vzrok
za pretirano rast zrn. Ta pojav lahko s pridom izkoristimo za kontroliranje razvoja
mikrostrukture v spinelni keramiki.
V drugem delu doktorskega dela sem raziskovala strukturo (130) dvojčka in rutilnih
precipitatov v hrizoberilu iz Brazilije. Študija je temeljila na ponovni določitvi prostorske
skupine hrizoberila in izbiri orientacije kristalografskih osi, saj od tega zavisi pravilna
določitev ravnine dvojčenja. Za določitev modela za DFT in HRTEM simulacije dvojčne
meje v hrizoberilu smo izbrali prostorsko skupino 62 za hrizoberil (Pmnb) s pripadajočimi
kristalografskimi parametri. TEM študija V dvojčka je pokazala, da dvojčna meja leži v
(130) ravninah, pri čemer je kot med kristalnima domenama ~59,5°. Za izboljšavo
postavljenega modela smo uporabili DFT optimizacije. Poleg dvojčenja, kjer smo določili
lokalno povišanje vsebnosti Ti, smo v hrizoberilu opazili številne vključke TiO2 z rahlo
popačeno rutilno strukturo, kot posledica prilagoditve strukturi hrizoberila, ki sledi
orientacijski zvezi [001]·{120}Hr||[010]· {103}R. Povečano vsebnost Ti na dvojčni meji in
tvorbo rutilnega tipa TiO2 vključkov v hrizoberilu razumemo kot izločanje Ti iz trdne
raztopine.