材料科学基础晶界结构

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1、第二章第二节晶界结构《材料科学基础》第七章第二节一、界面的5个自由度nμ空间自由度是描述晶界两个ZθY相邻晶粒的相对取向。X确定两个晶粒的相对取向最多需要5个自由度：--首先考虑坐标中初始位向一致的两个晶粒，沿坐标的某一旋转轴u互相旋转一个角度θ的情况，u轴取向需要2个变量（u的3个方向余弦中的2个）。此时u和θ三个自由度决定了两晶粒的相对取向。--对位向不一致的两个晶粒，晶界相对于其中一个晶体的位向可用该晶界面的法线来描述，若晶界面的法线为n，则n在坐标中的方向确定又需要2个自由度。二、小角度晶界小角晶界：两晶粒间的位向差

2、小于10°；大角晶界：位向差超过10°。小角晶界又可分：倾转晶界（一系列刃位错构成）扭转晶界（螺位错构成）1.对称倾转晶界对称倾转晶界可以看作是取向一致的两个晶体相互倾转θ/2角形成的界面。对称倾转晶界的位错模型位错间距D与柏氏矢量b的关系：D=b/(2sin(θ/2))当θ很小，sin（θ/2）≈θ/2，于是：D=b/θ上式看出，θ较大时D就会变得很小，致使位错中心发生重叠，因此该模型仅适用小角晶界。对称倾转晶界的位错模型2.不对称倾转晶界非对称倾转晶界，如任意的(hk0)面，需要用柏氏矢量分别为[100]及[010]的两

3、组平行的刃位错来表示。不对称倾转晶界的位错模型（简单立方晶格）3.扭转晶界旋转轴垂直于晶界平面，即u∥n，形成扭转晶界。晶界两侧的原子一部分重合，另一部分不重合形成螺位错。整个扭转晶界是由两组交叉的螺位错构成的网格，一组平行[100]，另一组平行于[010]，网格间距D满足：D=b∕θ倾转晶界和扭转晶界是小角晶界模型的两种简单形式。对一般晶界，旋转轴和晶界可以有任意的取向，需要5个自由度才能将晶界完全确定。扭转晶界的位错模型三、大角度晶界定义：晶粒之间的位向差>100特殊大角度晶界：特殊大角度晶界的能量比任意大角度晶界低，即

4、在某些特殊取向角下，晶界上相邻的点阵匹配的较好，表现出较低的能态。1.共格界面为最简单的特殊大角晶界。界面的原子恰位于两晶体的晶格结点上，形成共格晶界。即界面处原子的阵点位置正好重合。当两晶粒取向互为对称时，形成共格孪晶界。对孪晶界，界面上的原子不能和邻接两晶粒很好地匹配，此界面称为非共格孪晶界。共格孪晶界与非共格孪晶界当原子间距差别不大，界面点阵通过一定的畸变保持共格，相应引起的点阵扭曲，称共格畸变或共格应变。2.半共格界面点阵错配度δ的概念：a−a=βaδaaa和a是α和β相无应力态的点阵常数。αβ●界面的附加能量与2δ

5、成正比，有如图的关系。●当δ较小（<0.05），形成共格界面。●对较大的δ(0.05≤δ≤0.25)，共格畸变的增大使系统总能量增加，以半共格代替共格能量降低。半共格界面模型以刃位错周期地调整补偿。对上部晶体，单位长度需要附加的半晶面数等于11ρ=−aaαβ即位错间距：aaaD=αβ=βa−aδβα对小的δ，可近似写成：D≈bδ半共格界面示意图式中b=（a+a）/2。αβ3.非共格界面两晶粒之间界面处原子无重合点阵关系四、晶界原子排列的模型（经典模型）1重合位置点阵模型（CoincidenceSiteLattice,CSL）

6、2O点阵模型（O-lattice）3DSC点阵（DisplacementShiftCompleteLattice）界面结构的总结