Precipitation in nickel-doped sodium chloride crystals

Abstract

The kinetics of impurity precipitation resulting from heat treatment of NaCl ± Ni2± crystals is studied using flotation density measurements. The isothermal annealing curves are found to be exponential which is characteristic of rod-like nuclei. The activation energy as determined by the cross-section method, changes from 0.6 to 2.6 eV with the temperature rising from 300 to 360 °C. This suggests that the number of nuclei is temperature-dependent. Isochronic heat treatments exhibit only one precipitation region and evidence is given that it is associated with heterogeneous nucleation. The density change of the crystal due to impurity doping and precipitation is considered with regard to the lattice relaxation and the volume mismatch. It is shown that the elimination of the lattice relaxation by an incoherent precipitation of NiCl2 is responsible for the density change resulting from the heat treatment. Arguments are given that the difference in gram-equivalent volumes of the impurity and the host material causes voids in the precipitate. This is confirmed by direct observations under a polarization microscope. The shape of the precipitates is found to be supersaturation-dependent. Rods dominate at high and platelets at low supersaturation. The rods are oriented along the [110] and [100] directions. The platelets lie in the {110} and {100} matrix planes. Mittels Flotationsdichtemessungen wird die Kinetik von Störstellenprezipitation untersucht, die beim Tempern von NaCl ± Ni2±-Kristallen auftritt. Es wird gefunden, daß die isothermen Temperungskurven exponential verlaufen, was für stäbchenförmige Kerne charakteristisch ist. Die Aktivierungsenergie, die mit der Querschnittsmethode bestimmt wird, ändert sich von 0,6 auf 2,6 eV, wenn sich die Temperatur von 300 auf 360 °C erhöht. Dies weist darauf hin, daß die Zahl der Kerne temperaturabhängig ist. Isochrones Tempern ergibt nur einen Prezipitationsbereich und es wird gezeigt, daß er mit heterogener Keimbildung verknüpft ist. Die Dichteänderung des Kristalls infolge der Störstellendotierung und Prezipitation wird bezüglich der Gitterrelaxation und der Volumenfehlanpassung untersucht. Es wird gezeigt, daß die Eliminierung der Gitter-relaxation durch eine inkohärente Prezipitation von NiCl2 für die Dichteänderung nach Temperung verantwortlich ist. Hinweise dafür werden gegeben, daß die Differenz in den Grammäquivalent-volumen der Störstellen und des Wirtsmaterials Hohlräume in den Prezipitaten verursacht. Dies wird durch direkte Beoba chtungen unter dem Polarisationsmikroskop bestätigt. Es wird gefunden, daß die Form der Prezipitate übersättigungsabhängig ist. Stäbchenform dominiert bei hoher und Plättchenform bei niedriger Übersättigung. Die Stäbchen sind in [110]- und [100]-Richtung orientiert. Die Plättchen liegen in den {110}- und {100}-Matrixebenen.