Mechanism of surface isothermal crystallization of TlAsS2 and TlAsSе2 glasses
Authors: Школьников Е.В. 
Published: September 2020

Синтез и контроль однородности стекол TlAsХ2 и состава продуктов кристаллизации проведены, как и ранее [Школьников, 2017]. Среднюю скорость линейного роста кристаллов (0,1−3 мкм/мин) определяли с погрешностью ±5−10% по ГОСТ 22290–76, измеряя с помощью микроскопа толщину закристаллизованного слоя полированных пластин после термообработки в бюксе с силиконовым маслом. Теоретический анализ результатов кинетического исследования поверхностной изотермической кристаллизации стекол TlAsX2(X−S, Se) выполнен различными способами с учетом структурных особенностей и температурной зависимости вязкости стекол. Проведен полуэмпирический расчет температурной зависимости скорости нереконструктивного роста кристаллов. Показано, что послойный стационарный рост кристаллов в стекле TlAsS2 происходит на винтовых дислокациях. В отличие от TlAsS2, в стекле TlASe2 при переохлаждениях ∆Т > 120° вероятен переход от дислокационного роста к двумерному зарождению и послойному росту кристаллов. Укладка небольших участков цепей в пакеты, ленты и тонкие пластины способна привести к образованию кристаллов TlAsХ2 в форме ламелей. Скорость линейного роста кристаллов в стеклах TlAsS2 при Т = 410−473 К и TlAsSe2 при Т = 423−473 К может быть удовлетворительно рассчитана, если в теоретическую формулу Тернбала–Коэна ввести вероятностный фактор f(∆T) роста на ступенях винтовых дислокаций, а энергию активации роста кристаллов ∆Ga''(T) η принять равной кинетическому барьеру при вязком течении стекол ∆G #(T) из η уравнения Эйринга. Неравенство энтропий активации ∆Sa'' < ∆S # отражает специфику природы процессов кристаллизации и вязкого течения.

Synthesis and control of homogeneity of glasses TlAsX2 and crystallization products carried out as previously [Shkol`nikov, 2017]. Average speed of linear growth of crystals (0.1– 3 μm/min) was determined with an accuracy of ± 5−10% according to GOST 22290–76, measuring with a microscope the thickness of the crystallized layer of polished plates after heat treatment in a weighing bottle with silicone oil. The results of the kinetic study of the surface isothermal crystallization of glasses TlAsX2 (X − S, Se) are theoretically analyzed in different ways, taking into account the structural characteristics and with the use of the temperature dependence of the viscosity of glasses. The semiempirical calculation of the temperature dependence of nonreconstructive crystal growth rate is performed. It is shown that the layered stationary growth of crystals in the TlAsS2 glass occurs on screw dislocations. Unlike TlAsS2 glass, in the TlASe2 glass the transition from the dislocation mechanism to two-dimensional nucleation and layer-by- layer growth of crystals is possible at supercooling of more than 120°. Folding of small chain segments into packets, ribbons and thin plates can lead to the formation of TlAsХ2 crystals in the form of lamellae. The rate of the linear crystal growth in the TlAsS2 glass at T = 410−473 К and in the TlAsSe2 glass at T = 423−473 К can be satisfactorily calculated if the probability factor f(∆T) growth on the steps of screw dislocations is introduced to the theoretical formula of Turnbull–Cohen, and the activation energy of the crystal growth η η ∆Ga"(T) is taken equal to the kinetic barrier during the viscous flow of glasses ∆G #(T) from the Eyring`s equation . The inequality of the activation entropies ∆Sa" < ∆S # reflects the specific nature of the processes of crystallization and viscous flow.