界面晶界

時間：2023-02-15 19:18:02 | 來源：營銷百科

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界面晶界：在晶界面上，原子排列從一個取向過渡到另一個取向，故晶界處原子排列處于過渡狀態(tài)。場離子顯微鏡（見金屬和合金的微觀分析）可以觀察到晶界上原子分布情況,看出晶界是只有2～3個原子厚度的薄層,并且使兩個相鄰不同取向的晶粒匹配得很好。晶界結(jié)構(gòu)與相鄰晶粒之間的取向差（圖1中的θ角）有關(guān)。取向差比較大 (θ10°)的晶界稱為大角度晶界；取向差比較小 (θ10°)的晶界稱為小角度晶界。在多晶體材料中，各晶粒之間的取向差大都在30°～40°左右，屬于大角度晶界。

小角度晶界 最簡單的晶界是傾側(cè)晶界，相當(dāng)于晶體的兩部分沿界面的軸線相對轉(zhuǎn)動θ角,造成晶粒間的取向差。傾側(cè)晶界是由一列平行的刃型位錯墻組成。

另一種特殊情況是晶體兩部分沿垂直于界面軸旋轉(zhuǎn)一個θ角,形成扭轉(zhuǎn)晶界。扭轉(zhuǎn)晶界是由兩組相交的螺型位錯所構(gòu)成。純粹的傾側(cè)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界是晶界的兩種特殊形式。一般晶界的旋轉(zhuǎn)軸和界面可以有任意的取向關(guān)系，所以實(shí)際上小角度晶界是由二維(平面分布)的位錯網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。大角度晶界 大角度晶界的結(jié)構(gòu)很難用位錯模型描述。隨兩晶粒間取向差的增大,位錯間距變小,當(dāng)取向差超過10°～15°，相鄰位錯的核心實(shí)際上重疊在一起，失去了單根位錯的物理意義。實(shí)驗(yàn)指出,晶界性質(zhì)隨取向差和晶界面的不同而改變，一些特殊取向差的大角度晶界比其他任意大角度晶界的能量低；為了解釋特殊取向差晶界的性質(zhì),提出了大角度晶界的重合位置點(diǎn)陣(CSL)模型，認(rèn)為這些特殊晶界上的原子中有一定數(shù)目是處在晶界兩邊晶粒點(diǎn)陣的重合位置上。一般用代表兩點(diǎn)陣的重合位置密度。

晶界理論 為了研究晶界的幾何普遍性理論，博爾曼（W.Bollman）等提出了0－點(diǎn)陣?yán)碚?。利用這個理論可以建立重合位置點(diǎn)陣，再用幾何學(xué)方法描述點(diǎn)陣中互相穿插的最近鄰陣點(diǎn)的關(guān)系。確定晶界的走向以及與理想的重合位置點(diǎn)陣偏離時晶界中二次位錯(晶界位錯)網(wǎng)絡(luò)的伯格斯矢量。2013年有人用電子衍射術(shù)及高分辨率電子顯微術(shù)研究了大角度晶界的周期結(jié)構(gòu)獲得了0-點(diǎn)陣?yán)碚摰囊恍┳C據(jù)

晶界原子結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算研究進(jìn)一步指出：為了獲得低的晶界能，特殊重合位置大角度晶界兩邊的晶粒須作剛體平移，晶界上的原子也須作適當(dāng)?shù)某谠?。這就使晶界結(jié)構(gòu)偏離理想重合位置點(diǎn)陣模型的原子排列，而由若干原子規(guī)則排列的單元周期分布在不規(guī)則排列的原子中，這些單元為有限的幾種原子緊密排列的多面體。

由于晶界上原子排列偏離理想晶體結(jié)構(gòu)，所以比晶粒內(nèi)部能量高。