鉱物の結晶構造とイオンの拡散速度及び拡散機構との相関関係について

特定の結晶構造を持った鉱物中で、元素の拡散率がどの様に異るのか、又この違いが、どの様な一般的規則性としてとらえられるのか、を実験的に明らかにすることを目的としている。〈試料〉囲転引上げ法により三種類のメリライト端成分単結晶(【Ca_2】【Al_2】SiOn=Gh,【Ca_2】【M_g】【Si_2】【O_7】=AK,【Ca_2】Co【Si_2】【O_7】=CoAk)を合成し、拡散係数を測定するための試料とした。〈結果及び考察〉上記試料について、対加熱による相互拡散及び放射性同位体を用いたトレーサー拡散係数を窒素気流中1250℃に於て測定した結果、次のことが明らかとなった。1.Ak-CoAk対に於ては、Coと【M_4】が1:1の割合で置換する相互拡散であり、Ak-Gh対ではMg+SiとAl+Alの組合わせで置換する2:2相互拡散である。係数はそれぞれ、5×【10^(-12)】と5×【10^(-14)】【cm^2】【sec^(-1)】 で、電荷の収支を保ちながら拡散する2:2の相互拡散は1:1のそれと比べ非常に起りにくい。2.Ak中のCoトレーサー拡散はCo-【M_4】相互拡散とほぼ同じ大きさの値を示していた。このことはトレーサー拡散もイオンの置換による拡散であることを強く示していた。3.Ak中のBa,Sr,Ca,Mn,Fe,Co,Niのトレーサー拡散係数は、5×【10^(-11)】〜5×【10^(-12)】【cm^2】【sec^(-1)】の範囲で、これ等の値は拡散イオンのイオン半径の増大と共にゆるやかに増加していた。4.三種類の大きさの異る陽イオンサイトを持つメリライト結晶中での二価陽イオンの拡散は、かんらん石等の場合と異り、大きなイオンも容易に拡散することができる。これはメリライトは酸素のパッキング構造を持たないため結晶格子による立体障害の効果が小さく、拡散イオン周囲に発生する点欠陥の寄与が大きい為である。

特定の結晶構造を持った鉱物中で、元素の拡散率がどの様に異るのか、又この違いが、どの様な一般的規則性としてとらえられるのか、を実験的に明らかにすることを目的としている。〈試料〉囲転引上げ法により三種類のメリライト端成分単結晶(【Ca_2】【Al_2】SiOn=Gh,【Ca_2】【M_g】【Si_2】【O_7】=AK,【Ca_2】Co【Si_2】【O_7】=CoAk)を合成し、拡散係数を測定するための試料とした。〈結果及び考察〉上記試料について、対加熱による相互拡散及び放射性同位体を用いたトレーサー拡散係数を窒素気流中1250℃に於て測定した結果、次のことが明らかとなった。1.Ak-CoAk対に於ては、Coと【M_4】が1:1の割合で置換する相互拡散であり、Ak-Gh対ではMg+SiとAl+Alの組合わせで置換する2:2相互拡散である。係数はそれぞれ、5×【10^(-12)】と5×【10^(-14)】【cm^2】【sec^(-1)】 で、電荷の収支を保ちながら拡散する2:2の相互拡散は1:1のそれと比べ非常に起りにくい。2.Ak中のCoトレーサー拡散はCo-【M_4】相互拡散とほぼ同じ大きさの値を示していた。このことはトレーサー拡散もイオンの置換による拡散であることを強く示していた。3.Ak中のBa,Sr,Ca,Mn,Fe,Co,Niのトレーサー拡散係数は、5×【10^(-11)】〜5×【10^(-12)】【cm^2】【sec^(-1)】の範囲で、これ等の値は拡散イオンのイオン半径の増大と共にゆるやかに増加していた。4.三種類の大きさの異る陽イオンサイトを持つメリライト結晶中での二価陽イオンの拡散は、かんらん石等の場合と異り、大きなイオンも容易に拡散することができる。これはメリライトは酸素のパッキング構造を持たないため結晶格子による立体障害の効果が小さく、拡散イオン周囲に発生する点欠陥の寄与が大きい為である。