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晶界
本詞條是多義詞，共2個(gè)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(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)機非金屬材料是由微細粉料燒結而成的。在燒結時(shí)，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(cháng)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(lèi) | 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(chēng)為晶界。由于晶界連接著(zhù)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則的，所以晶界上的原子往往比晶粒內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的各種過(guò)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(zhù)晶粒愈細。
晶粒
結晶物質(zhì)在生長(cháng)過(guò)程中，由于受到外界空間的限制，未能發(fā)育成具有規則形態(tài)的晶體，而只是結晶成顆粒狀，稱(chēng)晶粒，晶粒的內部晶胞方向與位置基本一致而外形不規則。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?chē)Я５南拗贫L(cháng)成任意的不規則狀。
在燒結體內晶界移動(dòng)有以下七種方式：氣孔靠晶格擴散移動(dòng)；氣孔靠表面擴散移動(dòng)；氣孔靠氣相傳遞；氣孔靠晶格擴散聚合；氣孔靠晶界擴散聚合；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。當達到平衡時(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(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(zhù)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(shí)代先成核的區域。利用晶界的一系列特性，通過(guò)控制晶界組成、結構和相態(tài)等來(lái)制造新型無(wú)機材料是材料科學(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。由于晶界上成分復雜，因此對晶界的研究還有待深入。
分類(lèi)
有二種不同的分類(lèi)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(lèi)。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。當一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉微小角度，也能形成由螺旋位錯構成的扭轉小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數，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(lèi)是根據晶界兩邊原子排列的連貫性來(lái)劃分的。當界面兩側的晶體具有非常相似的結構和類(lèi)似的取向，越過(guò)界面原子面是連續的。這樣的界面稱(chēng)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(lèi)似堆積的氫氧化物的平面脫氫而直接得到。因此當Mg（OH）。結構內有轉變?yōu)镸gO結構的疇出現時(shí)，則陰離子面是連續的。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(gè)相或二個(gè)相發(fā)生彈性應變，或通過(guò)引入位錯來(lái)達到。失配度Q是彈性應變的一個(gè)量彈性應變的存在，使系統的能量增大，系統能量與cQ2成正比，C為常數。另一種類(lèi)型的晶界稱(chēng)做半共格晶界。在這種結構中，最簡(jiǎn)單的看只有晶面間距C1比較小的一個(gè)相發(fā)生應變。彈性應變可以成引入半個(gè)原子晶面進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)缺陷，具有不同于晶界的獨特熱力學(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)原子擴散的有利通道，在晶粒長(cháng)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。
三叉晶界對晶界運動(dòng)和晶粒長(cháng)大動(dòng)力學(xué)均有顯著(zhù)影響。三叉晶界及其晶界的遷移量隨著(zhù)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，但可以顯著(zhù)減緩旋轉過(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定。這是因為初態(tài)的三叉晶界為不穩定狀態(tài)(相鄰晶界夾角不為120°)，當相鄰晶界夾角達到120°的穩態(tài)時(shí)，三叉晶界形狀保持穩定。由于環(huán)形晶界曲率的驅動(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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