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晶界
本詞條是多義詞，共2個義項
晶粒與晶粒之間的接觸界面
晶界（grain boundary）是結構相同而取向不同晶粒之間的界面。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)。晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。無機非金屬材料是由微細粉料燒結而成的。在燒結時，眾多的的微細顆粒形成大量的結晶中心。當它們發(fā)育成晶粒并逐漸長大到相遇時就形成晶界。
基本信息
| 中文名 | 晶界 |
| 外文名 | grain boundary |
| 別名 | 晶粒邊界 |
| 定義 | 晶粒與晶粒之間的接觸界面 |
| 分類 | 小角晶界 混亂大角晶界 |
| 領域 | 冶金 |
收起
簡介
在多晶體中，由于晶粒的取向不同，晶粒間存在分界面，該分界面，稱為晶界。由于晶界連接著不同排列方向的晶粒，從一種排列方向過渡到另一種排列方向，因此晶界處的原子排列是不規(guī)則的，所以晶界上的原子往往比晶粒內(nèi)的原子具有更高的能量，當晶粒間位向差別越大，在晶界處的原子排列就越不規(guī)則。此外，金屬中的雜質(zhì)往往易于富集在晶界上。晶界的結構、成分和多少，對金屬的各種性能和金屬內(nèi)的各種過程(如結晶、擴散、變形等)有重大影響，金屬中晶界愈多，即意味著晶粒愈細。
晶粒
結晶物質(zhì)在生長過程中，由于受到外界空間的限制，未能發(fā)育成具有規(guī)則形態(tài)的晶體，而只是結晶成顆粒狀，稱晶粒，晶粒的內(nèi)部晶胞方向與位置基本一致而外形不規(guī)則。有時候晶粒一詞也用來泛指巖石中晶質(zhì)礦物的顆粒。此時又可根據(jù)其晶形發(fā)育程度分為：自形——具有該種礦物比較完整的應有的晶形特征；半自形——僅具有該種礦物應有晶形的大致輪廊；他形——因受周圍晶粒的限制而生長成任意的不規(guī)則狀。
研究
由于晶界上兩個晶粒的質(zhì)點排列取向有一定的差異，兩者都力圖使晶界上的質(zhì)點排列符合于自己的取向。當達到平衡時，晶界上的原子就形成某種過渡的排列，其方式如圖4-14所示顯然，晶界上由于原子排列不規(guī)則而造成結構比較疏松，因而也使晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界上原子排列較晶粒內(nèi)疏松，因而晶界易受腐蝕（熱侵蝕、化學腐蝕）后，很易顯露出來；由于晶界上結構疏松，在多晶體中，晶界是原子（離子）快速擴散的通道，并容易引起雜質(zhì)原子（離子）偏聚，同時也使晶界處熔點低于晶粒；晶界上原子排列混亂，存在著許多空位、位錯和鍵變形等缺陷，使之處于應力畸變狀態(tài)。故能階較高，使得晶界成為富態(tài)相變時代先成核的區(qū)域。利用晶界的一系列特性，通過控制晶界組成、結構和相態(tài)等來制造新型無機材料是材料科學工作者很感興趣的研究領域。但是多晶體晶界尺度僅在0.lum以下，并非一般顯微工能研究的。而要采用俄歇譜儀及離子探針等。由于晶界上成分復雜，因此對晶界的研究還有待深入。
分類
有二種不同的分類方法，一種簡單地按兩個晶粒之間夾角的大小來分類。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相鄰兩個晶粒的原子排列組合的角度很小，約2～3°。兩個晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。當一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉(zhuǎn)微小角度，也能形成由螺旋位錯構成的扭轉(zhuǎn)小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數(shù)，這時晶界上質(zhì)點的排列已接近無序狀態(tài)。
另一種分類是根據(jù)晶界兩邊原子排列的連貫性來劃分的。當界面兩側的晶體具有非常相似的結構和類似的取向，越過界面原子面是連續(xù)的。這樣的界面稱為共格晶界。例如，氫氧化鎂加熱分解成氧化鎂，就形成這樣的間界。這種氧化物的氧離子密堆平面通過類似堆積的氫氧化物的平面脫氫而直接得到。因此當Mg（OH）。結構內(nèi)有轉(zhuǎn)變?yōu)镸gO結構的疇出現(xiàn)時，則陰離子面是連續(xù)的。然而，兩種結構的晶面間距彼此不同，分別為C1和C2，(C2-C1)/C1=Q被定義為品面間距的失配度。為了保個相或二個相發(fā)生彈性應變，或通過引入位錯來達到。失配度Q是彈性應變的一個量彈性應變的存在，使系統(tǒng)的能量增大，系統(tǒng)能量與cQ2成正比，C為常數(shù)。另一種類型的晶界稱做半共格晶界。在這種結構中，最簡單的看只有晶面間距C1比較小的一個相發(fā)生應變。彈性應變可以成引入半個原子晶面進入應變相下降，這樣就生成所謂界面位錯。位錯的引入、使在位錯線附近發(fā)生局部的晶格畸變。顯然晶體的能量也增加。
三叉
三叉晶界是三條晶界相遇時形成的線缺陷，具有不同于晶界的獨特熱力學和動力學性質(zhì)。三叉晶界作為新相形核、空洞和腐蝕的首選位置以及溶質(zhì)原子擴散的有利通道，在晶粒長大及塑性變形過程中起重要作用。因此研究三叉晶界的遷移過程及其影響因素具有重要意義。
三叉晶界對晶界運動和晶粒長大動力學均有顯著影響。三叉晶界及其晶界的遷移量隨著變形量的增加而增大，且三叉晶界的遷移距離比晶界的小。三叉晶界不能阻止晶粒旋轉(zhuǎn)，但可以顯著減緩旋轉(zhuǎn)過程。
在演化初期環(huán)形晶粒頂部的晶界曲率發(fā)生了部分變化，之后晶界曲率保持穩(wěn)定。這是因為初態(tài)的三叉晶界為不穩(wěn)定狀態(tài)(相鄰晶界夾角不為120°)，當相鄰晶界夾角達到120°的穩(wěn)態(tài)時，三叉晶界形狀保持穩(wěn)定。由于環(huán)形晶界曲率的驅(qū)動作用，環(huán)形晶粒頂部的弧形晶界不斷向其曲率中心收縮直至三叉晶界消失，變成一條平直晶界。
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