Korngräns

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 26 maj 2021; verifiering kräver 1 redigering .

Korngränsen är gränsytan mellan två korn (kristalliter) i ett polykristallint material. Korngränsen är en defekt i kristallstrukturen och tenderar att minska i elektrisk ledningsförmåga och termisk diffusivitet . Den höga gränsenergin och relativt svaga bindningen vid de flesta korngränserna gör dem ofta till den föredragna platsen för korrosion och andrafasutfällning.

Hög och låg vinkel gränser

Traditionellt är korngränserna uppdelade enligt den rumsliga felorienteringen mellan två korn. Lågvinkelgränser är gränser med en felorienteringsvinkel på mindre än 15°. Ibland används ett lägre tröskelvärde på upp till 11°. De beskrivs vanligtvis i termer av dislokationsteorin . Och deras egenskaper och struktur är en funktion av felorientering. Å andra sidan är egenskaperna hos högvinkelgränser vars felorientering är större än 15° vanligtvis oberoende av felorienteringen. Det finns dock " särskilda gränser " - för vissa orienteringar är energin för gränssnitt märkbart lägre än för mestadels högvinkelgränser.

Snedkanter

Den enklaste typen av gränser är de där rotationsaxeln är parallell med gränsens plan. Gränsen kan formas som enstaka intilliggande korn eller som en kristallit som gradvis böjs av en yttre kraft. Energin associerad med den elastiska böjningen av gittret kan reduceras genom införandet av dislokationer, som i huvudsak är kilade atomära halvplan, vilket skapar en permanent felorientering mellan de två delarna.

Torsionsgränser

Beskrivning av gränser

Gränser kan beskrivas genom att orientera gränsen till två korn och genom den nödvändiga 3D-rotationen för att få kornen till en exakt gittermatchning. Så, gränserna har 5 frihetsgrader . Detta är dock vanligt för att endast beskriva gränsen som ett orienteringsförhållande mellan angränsande korn. Generellt sett uppväger fördelen med att ignorera orienteringen av gränsplanet, vilket är svårt att fastställa, minskningen av information. Den relativa orienteringen av två korn beskrivs med hjälp av en rotationsmatris :

R={\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33 }\end{bmatrix}}

Med detta rotationssystem definieras rotationsvinkeln θ enligt följande:

{\displaystyle 2\cos \;\theta \;+1=a_{11}+a_{22}+a_{33))

när riktning är [uvw] rotationsaxel:

[(a_{32}-a_{23}),(a_{13}-a_{31}),(a_{21}-a_{12})]

Den kristallografiska naturen sätter restriktioner på felorienteringen av gränser. En helt godtycklig polykristall utan textur har en karakteristisk fördelning av felorienteringsgränser. Sådana fall är dock sällsynta och det mesta material kommer att avvika mer eller mindre från denna idealiserade representation.

Energi av korngränser

Energin för lågvinkelgränser beror på felorienteringsvinkeln mellan angränsande korn fram till övergången till ett högvinkeltillstånd. I fallet med en enkel lågvinkelgräns bestäms energin för en gräns som består av dislokationer med en Burgers-vektor b och ett avstånd h mellan dem av Reed–Shockley-ekvationen:

\gamma _{s}=\gamma _{0}\theta (A-\ln \theta )

där θ = b/h, γ 0 är en geometrisk faktor beroende på typen av gräns: för en lutningsgräns γ 0 = Gb[4π(1-ν)], för en vridningsgräns γ 0 = Gb/2π är A bestäms av radien r 0 för kärndislokationerna: A = 1 + ln(b/2 πr 0 ), - G - skjuvmodul , ν - Poissons förhållande . Detta visar att när gränsenergin ökar, minskar energin per dislokation. Det finns en drivkraft att skapa färre mer felorienterade gränser (d.v.s. spannmålstillväxt). Det är känt att Reed-Shockley-formeln stämmer väl överens med erfarenheten av lågvinklade dislokationsgränser, men är inte tillämplig på stora vinklar θ, eftersom den inte tar hänsyn till den starka interaktionen och till och med överlappningen av kärnorna i gitterdislokationer när de närmar sig på avstånd d ~ (4÷5)b (θ ~ 15°) [1] .

Anteckningar

↑ Orlov, 1980 , sid. 63.

Litteratur

Orlov A.N., Perevezentsev V.N., Rybin V.V. Korngränser i metaller. - M . : Metallurgi, 1980. - 155 sid.
Cheredov V.N. Defekter i syntetiska fluoritkristaller. St Petersburg: Vetenskap. - 1993. - 112 sid.