Межзёренные границы - поверхности раздела между различно ориентированными областями (зернами) поликристалла. Многие физ.
свойства зависят от числа и строения M. г. К ним относятся как свойства, связанные
с переносом электронов, фононов, атомов и др. (электропроводность, теплопроводность,
диффузия), к-рые рассеиваются на M. г., так и свойства, зависящие от взаимодействия
между M. г. и дислокациями (механич. свойства), стенками магн. доменов
(магн. жёсткость), вихрями в сверхпроводниках (кри-тич. ток и поле в
жёстких сверхпроводниках) и т. п. Как и внеш. поверхность, M. г. являются двумерными
дефектами, вносящими возмущение в энергетич. спектр кристалла (см. Поверхность).
Вблизи M. г. большинство фнз. процессов протекает
иначе, чем в объёме зёрен: как правило, облегчены выделение новых фаз, зарождение
и развитие трещин; M. г. являются "стоками" примесных атомов. При
высоких темп-pax на M. г. происходит рождение и исчезновение вакансий и
межузельных атомов. Высокотемпературная пластич. деформация происходит
существенно легче на M. г., чем внутри зёрен: зёрна как бы проскальзывают одно
по поверхности другого, что в нек-рых случаях облегчает развитие деформации
в поликристаллах (сверхпластичность).
Свойства M. г. и приграничных областей определяются
их атомно-кристаллич. строением, отличным от строения зёрен. Методы электронной
и автоионной микроскопии (см. Ионный проектор), оже-спектрос-копии и
др., а также теоретич. исследования (включающие моделирование на ЭВМ) позволили
выяснить, что вблизи M. г. атомы смещаются из узлов кристаллич. решётки и образуют
собств. периодич. (или почти по-риодич.) структуру, характерную для данной M.
г. Смещения атомов могут приводить к возникновению внутр. напряжений в объёме
зёрен, к-рые играют значит, роль при образовании гетерофазных структур. Однако,
если размеры зёрен достаточно велики, возникновение упругих напряжений энергетически
невыгодно и M. г. имеют равновесную структуру, не приводящую к появлению дальнодействующих
упругих полей. Именно такие M. г. обычно встречаются в поликристаллах.
Двухмерная модель поликристалла; AB, BC, CD - зерно-граничные дислокации.
Геометрически плоская граница двух зёрен определяется
8 параметрами: осью и углом взаимного поворота зёрен (3 параметра), вектором
относит, смещения зерна как целого (3 параметра) н единичным вектором
нормали к плоскости границы (2 параметра). Для
каждой M. г. существует равновесное расположение атомов в приграничной зоне,
определяющее все характеристики M. г., в частности её поверхностную энергию.
Минимуму поверхностной энергии обычно соответствуют периодич. структуры с малыми
периодами. При их описании пользуются т. н. концепцией совпадающих узлов: контакт
зёрен рассматривается как область взаимного проникновения их решёток и плотность
совпадающих узлов решёток принимается за характеристику M. г. Как правило, низкоэнергетич.
M. г. характеризуется высокой плотностью совпадающих узлов. Границы, близкие
по структуре к низкоэнергетич. M. г., описываются с помощью дополнит, введения
в структуру границы особых зернограннчных дислокаций (рис.). Эксперимент подтверждает
присутствие и движение в M. г. зернограничных дислокаций. С др. стороны, анализ
построенных с помощью ЭВМ атомных моделей разл. M. г. позволил выявить в их
структуре характерные атомные группы - многогранники Бернала, обычно используемые
для описания строения жидкости. Оба подхода к рассмотрению
структуры M. г.- дислокационный и как системы многогранников - хорошо согласуются.
Всё сказанное можно отнести к межфазным границам
гетерофазных структур. Межфазные границы вследствие их большего разнообразия
изучены менее систематично, чем M. г. Наиб, исследованы границы, разделяющие
эпитаксиально растущую фазу и кристаллич. подложку. Структура таких границ представляет
собой чередование участков бездефектного упругого сопряжения решёток и дислокаций
несоответствия, компенсирующих разность параметров решёток эпитаксиальной фазы
и фазы-подложки (см. Эпитаксия).
Важной характеристикой границ является их подвижность, определяющая кинетику рекристаллизации и фазовых превращений в гетерофазных структурах.
А. Л. Ройтбурд
|
|
 |
