«Минералы: строение, свойства, методы

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Уральское отделение
Институт геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого
Институт минералогии
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Российский фонд фундаментальных исследований
Российское минералогическое общество
Комиссия по рентгенографии, кристаллохимии и спектроскопии
VI ВСЕРОССИЙСКАЯ МОЛОДЕЖНАЯ
НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«Минералы: строение, свойства,
методы исследования»
17–19 ОКТЯБРЯ 2014 г.
ЕКАТЕРИНБУРГ
2014
УДК 549.01
Материалы VI Всероссийской молодежной научной конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования». Екатеринбург: Институт геологии и геохимии
УрО РАН, 2014. 106 с.
ISBN 978-5-94332-117-7
Председатель Оргкомитета:
академик РАН С.Л. Вотяков
Сопредседатели Оргкомитета:
академик РАН В.С. Урусов
член-корреспондент РАН В.Н. Анфилогов
профессор, д.г.-м.н. С.К. Филатов
Редакционная группа:
Д.В. Киселева
А.Ю. Одинцова
Ю.В. Щапова
Конференция проведена при поддержке
РОССИЙСКОГО ФОНДА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
(проект № 14-35-10062-мол_г)
и УРАЛЬСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
© Институт геологии и геохимии УрО РАН, 2014
VI Всероссийская молодежная научная конференция «Минералы: строение, свойства, методы исследования»
5
72
М.С. Петров, Е.Ю. Нурканов, А.Л. Козерчук, Р.М. Кадушников
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МИНЕРАЛОГИИ СРЕДСТВАМИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ
ОПТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ
75
С.С. Потапов, Н.В. Паршина, Е.П. Базарова
КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ СУЛЬФАТОВ ЖЕЛЕЗА И МАГНИЯ – РОЦЕНИТ, СТАРКИИТ И ЭПСОМИТ
В ПЕЩЕРЕ-РУДНИКЕ КОН-И-ГУТ (АЗИАТСКАЯ ПАТОГОНИЯ)
79
К.А. Сайпеев, П.Е. Панфилов, С.С. Григорьев
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ДЕНТИНА ПРИ ПОВЫШЕННОЙ СТИРАЕМОСТИ СРЕДНЕЙ
СТЕПЕНИ ТЯЖЕСТИ
81
Н.В. Селезнева, П.Н.Г. Ибрахим, А.Ф. Губкин, А.С. Волегов, В.А. Казанцев, Н.В. Баранов
ВЛИЯНИЕ ЗАМЕЩЕНИЯ И ТЕРМООБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СИНТЕТИЧЕСКОГО
ПИРРОТИНА
83
М.Е. Смирнова, Д.В. Киселева, М.И. Власова
ЛА-ИСП-МС ТВЕРДЫХ ТКАНЕЙ ЗУБОВ ПРИ ПАТОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ РАЗЛИЧНОЙ
ЭТИОЛОГИИ
85
Н.Г. Солошенко, М.В. Стрелецкая
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ИЗОТОПНОГО
СОСТАВА RB И SR В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБРАЗЦАХ МЕТОДОМ ТЕРМОИОНИЗАЦИОННОЙ
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
87
М.В. Стрелецкая, А.Д. Рянская, Т.Я. Гуляева
МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ОБРАЗЦОВ ГЛИН ДЛЯ РЕНТГЕНО-СТРУКТУРНОГО
АНАЛИЗА
88
Ш.Ж. Токтогулов, Д.В. Зайцев, П.Е. Панфилов
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ ОБРАЗЦОВ КВАРЦИТА
ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ
90
А.С. Целуйко, А.Г. Гладков
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИРИТА В КЛАСТОГЕННЫХ РУД ЮБИЛЕЙНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ЮЖНЫЙ УРАЛ).
93
А.П. Шаблинский, С.Н. Волков, Р.С. Бубнова, С.К. Филатов, И.А. Дроздова
РЯДЫ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Sr3-xBa xBi2B4O12 И Sr1-xBa xBiBO4: СИНТЕЗ И КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ
СТРУКТУРА
94
Е.С. Шагалов, С.Г. Суставов, С.А. Федоров, Н.Г. Солошенко, М.В. Стрелецкая
ИССЛЕДОВАНИЕ НОВООБРАЗОВАННЫХ ФАЗ ИЗ РАСТВОРА СТАНДАРТА BCR-2
97
Е.В. Шалаева, А.М. Мурзакаев, В.В. Макаров, Д.А. Замятин, Ю.В. Щапова, С.Л. Вотяков
ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ И АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ В ИССЛЕДОВАНИИ
НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОГЕННОСТЕЙ В РАДИАЦИОННО-ПОВРЕЖДЕННЫХ ЦИРКОНАХ
101
М.В. Штенберг, М.А. Игуменцева
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЧ-ДЕКРЕПИТАЦИИ КВАРЦА УРАЛЬСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
104
Г.А. Яковлев, А.С. Бегунова
ПРОДУКТЫ ЗЕМНОГО ВЫВЕТРИВАНИЯ В МЕТЕОРИТЕ ДРОНИНО
88
VI Всероссийская молодежная научная конференция «Минералы: строение, свойства, методы исследования»
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ МАЛОГАБАРИТНЫХ
ОБРАЗЦОВ КВАРЦИТА ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ
Ш.Ж. Токтогулов, Д.В. Зайцев, П.Е. Панфилов
Департамент «Физический факультет», Институт естественных наук УрФУ
Работа посвящена изучению деформационного
поведения малогабаритных образцов окисленного
кварцита при одноосном сжатии.
Минералы имеют развитую иерархическую
структуру со сложным фазовым и химическим составом, из-за чего их механические свойства зависят
от множества порою неконтролируемых факторов
[1]. Изучение прочностных свойств горных пород
в лабораторных условиях проводят, как правило,
на образцах, с размерами не менее десятка сантиметров, что существенно увеличивает затраты на
испытательную технику и повышает трудоемкость
работы. При этом учесть влияние масштабного фактора на прочность горной породы не всегда удается.
Использование малогабаритных образцов (размеры
не больше 10 мм), также не исключает влияния
масштабного фактора, но существенно уменьшает
стоимость испытательного оборудования и снижает
трудоемкость подготовки рабочих поверхностей образцов. Кроме того, на малогабаритных образцах для
механических испытаний можно проводить исследования химического и фазового состава минералов
и их кристаллической структуры. Целью настоящей
работы является освоение методики приготовления
малогабаритных образцов из прочной горной породы
– окисленного кварцита, аттестации их кристаллической структуры, фазового состава и проведение
механических испытаний на сжатие.
Для приготовления малогабаритных образцов в
форме кубоидов размером 3 × 3 × 2,5 мм3 использовали
усовершенствованный измерительный микроскоп
БМИ-1 с 2-х координатным предметным столиком
(точность перемещения 0,05 мм) с поворотным гониометром (диапазон углов 120°, точность поворота
Рис. 1. Деформационные кривые малогабаритных
образцов кварцита при сжатии
0,05°) на который был установлен алмазный диск
толщиной 0,5 мм, вращающийся со скоростью 5000
оборотов в минуту. Окончательную доводку формы
образцов и шлифовку их рабочих поверхностей
проводили на ротационной полировальной машине с алмазным шлифовальным кругом под водной
смазкой. Для сравнения механических свойств были
подготовленные точно такие же образцы керамики
Al2O3, полученной методом плазменного напыления.
Испытания на одноосное сжатие проводили на электромеханической испытательной машине Shimadzu™
AG-50KN (максимальная нагрузка 50 000Н, скорость
перемещения траверса 1 мм/мин) при комнатной
температуре согласно ГОСТ 28985-91 [2]. Было испытано партия из 20 образцов окисленного кварцита
и столько же керамических образцов.
Рис. 2. Образцы кварцита и до и после сжатия
VI Всероссийская молодежная научная конференция «Минералы: строение, свойства, методы исследования»
89
Таблица 1. Механические свойства малогабаритных образцов из окисленного кварцита при сжатии
№
1
2
3
4
5
6
Длина
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
Размер образца, мм
Ширина
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
Высота
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
Е, ГПа
σв, МПа
δ, %
12,87
17,92
14,99
14,01
15,39
15,35
14,94 ± 1,02
451
889
575
601
719
721
654 ± 123
4,8
7,5
5,3
5,7
6,0
6,0
5,7 ± 0,5
Таблица 2. Механические свойства малогабаритных образцов из керамики на основе оксида алюминия плазменного
напыления при сжатии
3,0
Размер образца, мм
3,0
2,5
Деформационные кривые образцов кварцита на
сжатие показаны на рис. 1. Нагружение прекращали,
как только на кривой появлялся резкий изгиб, соответствующий появлению трещин. Несмотря на то,
что предел прочности при сжатии и деформация до
появления трещин, отличались от образца к образцу,
качественный ход деформационных кривых был
одинаков. Металлографическая аттестация образцов
после испытания (рис. 2) показал, что появление в
них трещин не приводит к немедленному распаду
образца на части – от него могут откалываться достаточно крупные куски, но основной объем образца
остается целым.
Поскольку горные породы гетерогенны, механические характеристики образцов могут отличаться
друг от друга. Действительно, такие различия были
выявлены в ходе испытаний – в таблице 1 приведены
данные для образцов кварцита по величине модуля
Юнга (определенного по углу наклона деформационной кривой на втором линейном участке), пределу
прочности и деформации до начала разрушения
образца. Несмотря на разброс, дисперсия всегда
оказывается меньше среднего значения, что указывает на то, что субъективный фактор (неточность в
линейных размерах образцов, ошибках в измерении
их линейных размеров и снятии характеристик при
испытаниях) не оказывает определяющего влияния на
результаты. Следовательно, испытания на сжатие, выполненные на малогабаритных образцах, объективно
описывают деформационное поведение природного
минерала – окисленного кварцита.
Данные по механическим свойствам при сжатии
для образцов керамики на основе оксида алюминия
E, ГПа
9,71 ± 1,41
σв, МПа
550,8 ± 70,6
δ, %
9,65 ± 1,54
плазменного напыления приведены в таблице 2. Основные характеристики у этих материалов оказались
сравнимыми. Большая деформация до разрушения
у образцов из керамики «компенсируется» более
низким модулем Юнга и пределом прочности. Различием, которое можно считать принципиальным,
между материалами будет характер разрушения образца. Очевидно, что в кварците распространению
трещины «мешает» дополнительный канал релаксации упругой энергии по сравнению с керамикой.
Таким каналом может быть либо способность к
значительной обратимой и необратимой деформации, либо структурная неоднородность материала.
Однако сопоставимые величины деформации при
сжатии образцов одинаковой геометрии позволяют
исключить из рассмотрения первую причину.
Деформационное поведение при одноосном сжатии образцов из окисленного кварцита и керамики
на основе оксида алюминия, полученной методом
плазменного напыления, качественно подобно. Перед
началом разрушения они способны выдержать значительную (для непластичных материалов) упругую и необратимую деформацию. В обоих случаях
макроскопическая «пластичность» образцов может
быть объяснена пористостью материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Hudson J., Harrison J. Engineering rock mechanics.
London : Elsevier science, 2000. P. 245.
2. ГОСТ 28985-91 // [Все госты]. URL: http://vsegost.
com/Catalog/10/10548.shtml (дата обращения
12.06.2013).
Научное издание
МИНЕРАЛЫ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА,
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалы VI Всероссийской молодежной научной конференции
Ответственный редактор: Вотяков С.Л.
Технический редактор: Киселева Д.В.
Компьютерная верстка: Одинцова А.Ю.
Подписано в печать 07.10.2014.
Формат 60х84 1/8 Усл. печ. л. 12,20
Тираж 100 экз. Заказ № 1645
Отпечатано в типографии ИПЦ УрФУ
620000, Екатеринбург, ул. Тургенева, 4