[科普中国]-低角度晶界

一种特殊晶界，它在两晶体之间出现轻微错取向时产生。一个低角度晶界是由一系列平行刃型位错组成的,如概述图中所示,其过剩能由位错能的总和给出。从几何上来说,刃型位错之间的距离是D=b/θ。θ为错取向倾角。1

详解最简单的面缺陷是孪生晶界,如右图所示,其晶面定向是对称的,且晶格面的连续性没有被破坏.另一简单的面缺陷是堆垛层错,其不发生原子键的断裂,只是原子层正常堆集秩序被破坏.例如,面心立方结构中的 abcabc密堆积秩序被六角形结构的abab密堆积次序的一个面破坏,得到 abcabcababcabc,就产生堆垛层错。

晶界是相似晶体间的界面,在晶界上原子面总是受到不同程度的破坏.根据两晶粒相对定向的特征,可以将晶界分为特殊晶界和普通晶界。

特殊晶界是指晶体间存在特殊的错取向关系,其界面可以符合一个简单的结构描述,低角度晶界即是一类特殊晶界,它在两晶体之间出现轻微错取向时产生。一个低角度晶界是由一系列平行刃型位错组成的,如概述图中所示,其过剩能由位错能的总和给出。从几何上来说,刃型位错之间的距离是D=b/θ。θ为错取向倾角。

错取向倾角在20°以内时,低角度倾斜晶界模型作为一系列位错的模型是合理的。在更高角度时,位错不再很好地分离,这个模型不再适用。当两晶体沿垂直于晶界面的共同轴轻微旋转时,产生一低角度扭曲晶界,如右图所示。对于立方晶体,导致四方网格螺旋位错的形成。只有在有限的情况下オ会出现单纯倾斜和单纯孪晶错取向的低角度晶界,有的低角度晶界会同时具有倾斜和孪晶二种情况。

没有特殊的错取向关系或界面取向的界面被称为普通晶界。其中,毗邻原子面在它们的空间上是不对称的,即一个不是另一个的重复。因此,普通晶界结构是非周期性的。在多晶材料中常常碰到的晶界是高角度普通晶界,目前人们对普通晶界在原子结构层次上的了解还很少,但是可以肯定的是普并不一定都相似。对这一类晶界的结构、能量和性质的研究将会成为一个热点。1

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学