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晶界
本詞條是多義詞，共2個(gè)義項(xiàng)
晶粒與晶粒之間的接觸界面
晶界（grain boundary）是結(jié)構(gòu)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(gè)取向過(guò)渡到另一個(gè)取向，故晶界處原子排列處于過(guò)渡狀態(tài)。晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。無(wú)機(jī)非金屬材料是由微細(xì)粉料燒結(jié)而成的。在燒結(jié)時(shí)，眾多的的微細(xì)顆粒形成大量的結(jié)晶中心。當(dāng)它們發(fā)育成晶粒并逐漸長(zhǎng)大到相遇時(shí)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(lǐng)域 | 冶金 |
收起
簡(jiǎn)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(guò)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(dāng)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(jié)構(gòu)、成分和多少，對(duì)金屬的各種性能和金屬內(nèi)的各種過(guò)程(如結(jié)晶、擴(kuò)散、變形等)有重大影響，金屬中晶界愈多，即意味著晶粒愈細(xì)。
晶粒
結(jié)晶物質(zhì)在生長(zhǎng)過(guò)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(jié)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(shí)候晶粒一詞也用來(lái)泛指巖石中晶質(zhì)礦物的顆粒。此時(shí)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(yīng)有的晶形特征；半自形——僅具有該種礦物應(yīng)有晶形的大致輪廊；他形——因受周圍晶粒的限制而生長(zhǎng)成任意的不規(guī)則狀。
在燒結(jié)體內(nèi)晶界移動(dòng)有以下七種方式：氣孔靠晶格擴(kuò)散移動(dòng)；氣孔靠表面擴(kuò)散移動(dòng)；氣孔靠氣相傳遞；氣孔靠晶格擴(kuò)散聚合；氣孔靠晶界擴(kuò)散聚合；單相晶界本征遷移；存在雜質(zhì)牽制晶界移動(dòng)。
研究
由于晶界上兩個(gè)晶粒的質(zhì)點(diǎn)排列取向有一定的差異，兩者都力圖使晶界上的質(zhì)點(diǎn)排列符合于自己的取向。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，晶界上的原子就形成某種過(guò)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(jié)構(gòu)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(xué)腐蝕）后，很易顯露出來(lái)；由于晶界上結(jié)構(gòu)疏松，在多晶體中，晶界是原子（離子）快速擴(kuò)散的通道，并容易引起雜質(zhì)原子（離子）偏聚，同時(shí)也使晶界處熔點(diǎn)低于晶粒；晶界上原子排列混亂，存在著許多空位、位錯(cuò)和鍵變形等缺陷，使之處于應(yīng)力畸變狀態(tài)。故能階較高，使得晶界成為富態(tài)相變時(shí)代先成核的區(qū)域。利用晶界的一系列特性，通過(guò)控制晶界組成、結(jié)構(gòu)和相態(tài)等來(lái)制造新型無(wú)機(jī)材料是材料科學(xué)工作者很感興趣的研究領(lǐng)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(fù)雜，因此對(duì)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(jiǎn)單地按兩個(gè)晶粒之間夾角的大小來(lái)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(gè)晶粒的原子排列組合的角度很小，約2～3°。兩個(gè)晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。當(dāng)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(cuò)構(gòu)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(shí)晶界上質(zhì)點(diǎn)的排列已接近無(wú)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(lái)劃分的。當(dāng)界面兩側(cè)的晶體具有非常相似的結(jié)構(gòu)和類似的取向，越過(guò)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(guò)類似堆積的氫氧化物的平面脫氫而直接得到。因此當(dāng)Mg（OH）。結(jié)構(gòu)內(nèi)有轉(zhuǎn)變?yōu)镸gO結(jié)構(gòu)的疇出現(xiàn)時(shí)，則陰離子面是連續(xù)的。然而，兩種結(jié)構(gòu)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(gè)相或二個(gè)相發(fā)生彈性應(yīng)變，或通過(guò)引入位錯(cuò)來(lái)達(dá)到。失配度Q是彈性應(yīng)變的一個(gè)量彈性應(yīng)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(jié)構(gòu)中，最簡(jiǎn)單的看只有晶面間距C1比較小的一個(gè)相發(fā)生應(yīng)變。彈性應(yīng)變可以成引入半個(gè)原子晶面進(jìn)入應(yīng)變相下降，這樣就生成所謂界面位錯(cuò)。位錯(cuò)的引入、使在位錯(cuò)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(shí)形成的線缺陷，具有不同于晶界的獨(dú)特?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)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(kuò)散的有利通道，在晶粒長(zhǎng)大及塑性變形過(guò)程中起重要作用。因此研究三叉晶界的遷移過(guò)程及其影響因素具有重要意義。
三叉晶界對(duì)晶界運(yùn)動(dòng)和晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)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(guò)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?yàn)槌鯌B(tài)的三叉晶界為不穩(wěn)定狀態(tài)(相鄰晶界夾角不為120°)，當(dāng)相鄰晶界夾角達(dá)到120°的穩(wěn)態(tài)時(shí)，三叉晶界形狀保持穩(wěn)定。由于環(huán)形晶界曲率的驅(qū)動(dòng)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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