Размытый фазовый переход в поверхностном слое кварца при изменении температуры

Исследована температурная зависимость концентрации $\alpha$-фазы в поверхностных слоях выращенного из раствора кристалла кварца в интервале температур 290–820 K. Измерялась интенсивность полос 695.1, 785 и 1061.5 cm$^{-1}$ в спектрах $\varepsilon''(\nu)$ затухания инфракрасного света. Обнаружено, что в поверхностном слое толщиной $\sim$0.15 $\mu$m концентрация $\alpha$-фазы при повышении температуры ведет себя, как и ожидается для фазового перехода первого рода: до 800 K она неизменна, а затем при $T\to$ 846 K стремится к нулю. Однако на расстоянии от $\sim$1 до 20 $\mu$m от поверхности концентрация $\alpha$-фазы начинает уменьшаться уже при $\sim$350 K, а при 812 K уменьшается в 5 раз. Одновременно растет интенсивность полосы 804 cm$^{-1}$, приписанной $\beta$-фазе. “Размытие” фазового $\alpha$–$\beta$-перехода вызвано искажением кристаллической решетки кварца вокруг ростовых дислокаций. По смещению максимумов полос оценены внутренние напряжения в рассмотренных слоях. Установлено, что на расстояниях до $\sim$1 $\mu$m от поверхности при 400 K формируются растягивающие напряжения, достигающие $\sim$300–400 MPa. Под их влиянием в поверхностном слое макрокристалла образуются микротрещины, которые приводят к полному разрушению образца. Появление растягивающих напряжений связано с увеличением объема слоя макрокристалла, расположенного на расстоянии от поверхности от $\sim$1 до 20 $\mu$m и вызванного ростом в нем концентрации $\beta$-фазы. Одновременно в слое толщиной от $\sim$1 до 20 $\mu$m при температуре выше 500 K развиваются напряжения сжатия, которые достигают максимального значения при $\sim$650 K, а, затем уменьшаются при увеличении температуры. Сжатие обусловлено колебанием петель ростовых дислокаций в указанном диапазоне температур.