Какие факторы влияют на форму Видманштеттена в железных метеоритах?

Прошло некоторое время с тех пор, как я изучал это, и метеориты - не моя область, поэтому я поделюсь своим текущим пониманием, но буду рад исправлениям от более информированных :-)

Эти метеориты в основном состоят из железа с небольшим количеством никеля. Для данного состава железа и никеля могут образовываться различные кристаллические структуры. Здесь уместны две кристаллические структуры, называемые «тенит» и «камасит» (в системе железо-углерод, где могут образовываться очень похожие узоры, они будут называться «аустенит» и «феррит», но они относятся к одним и тем же кристаллическим структурам). ).

Стабильность тэнита или камасита зависит как от температуры, так и от количества присутствующего никеля. При высоких температурах, когда метеорит молодой, он будет весь тэнит. Однако по мере остывания мы в конечном итоге достигаем температуры, при которой, с точки зрения энергетики, Вселенная хотела бы получить смесь как тэнита, так и камасита.

Однако только потому, что теперь для образования камасита энергетически выгодно, все еще должен быть механизм, с помощью которого часть кристалла тэнита может превратиться в камасит.

Узоры Видманштеттена образуются только при очень низких переохлаждениях, другими словами, когда температура находится как раз в этом диапазоне, где камасит начинает становиться стабильным.

То, что вы на самом деле видите на этом паттерне, — это сформировавшиеся пластины камасита. Точный узор, который вы увидите, будет зависеть от того, какой кусок метеорита вы решите отполировать, и связан с лежащей в основе симметрией кристаллической структуры.

Причина, по которой вы не видите эти узоры такими большими на Земле, состоит в двух причинах: во-первых, сами размеры зерен намного меньше, и поэтому размер микроструктуры ограничен этим. Другая причина заключается в том, что скорость охлаждения намного выше, поэтому узоры не могут увеличиваться до больших размеров.

Когда эти пластины зарождаются, протяженность (длина/ширина) видманштеттовских пластин может быстро расти, но они будут только утолщаться со скоростью, которая ограничена диффузией атомов никеля между атомами железа. Это связано с тем, что стороны пластин имеют когерентную поверхность раздела с исходной фазой тэнита, и диффузия идет медленнее, тогда как кончики/края пластины имеют несвязную поверхность раздела, где диффузия происходит намного быстрее.

Я считаю, что скорость увеличения длины пластины связана со степенью переохлаждения, поэтому при очень низких скоростях охлаждения, таких как в космосе, пластины удлиняются гораздо медленнее. Затем это дает время для диффузии атомов по сторонам пластины, чтобы пластина стала толще. И поэтому, в конце концов, у нас есть эта красивая микроструктура, достаточно большая, чтобы ее можно было увидеть человеческим глазом.

Это мое понимание, однако я думаю, что еще нет единого мнения о том, как именно формируются узоры видманштеттов, роль, которую играет диффузия, а также роль других добавок в этом (например, присутствие фосфора в случае железо-никелевых метеоритов). ).

Надеюсь, это поможет!