Korngrænse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 26. maj 2021; verifikation kræver 1 redigering .

Korngrænsen er grænsefladen mellem to korn (krystallitter) i et polykrystallinsk materiale. Korngrænsen er en defekt i krystalstrukturen og har en tendens til at falde i elektrisk ledningsevne og termisk diffusivitet . Den høje grænseenergi og relativt svage binding ved de fleste korngrænser gør dem ofte til det foretrukne sted for korrosion og anden faseudfældning.

Høj og lav vinkel grænser

Traditionelt er korngrænser opdelt efter den rumlige misorientering mellem to korn. Lavvinkelgrænser er grænser med en fejlorienteringsvinkel på mindre end 15°. Nogle gange bruges en lavere tærskelværdi på op til 11°. De er normalt beskrevet i form af dislokationsteorien . Og deres egenskaber og struktur er en funktion af fejlorientering. På den anden side er egenskaberne for højvinkelgrænser, hvis fejlorientering er større end 15°, sædvanligvis uafhængige af fejlorienteringen. Der er dog " særlige grænser " - for visse orienteringer er energien af grænseflader mærkbart lavere end for det meste højvinklede grænser.

Skrå kanter

Den enkleste form for grænser er dem, hvor rotationsaksen er parallel med grænsens plan. Grænsen kan dannes som enkelte tilstødende korn eller som en krystallit, der gradvist bøjes af en ydre kraft. Energien forbundet med den elastiske bøjning af gitteret kan reduceres ved at indføre dislokationer, som i det væsentlige er kilede atomare halvplaner, hvilket skaber en permanent fejlorientering mellem de to dele.

Torsionsgrænser

Beskrivelse af grænser

Grænser kan beskrives ved at orientere grænsen til to korn og ved den nødvendige 3D-rotation for at bringe kornene i et nøjagtigt gittermatch. Så grænserne har 5 frihedsgrader . Dette er dog almindeligt for kun at beskrive grænsen som et orienteringsforhold mellem nabokorn. Generelt opvejer fordelen ved at ignorere grænseplanets orientering, som er svær at bestemme, reduktionen i information. Den relative orientering af to korn er beskrevet ved hjælp af en rotationsmatrix :

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

Ved at bruge dette rotationssystem er rotationsvinklen θ defineret som følger:

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

når retningen er [uvw] rotationsakse:

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

Den krystallografiske natur pålægger begrænsninger for fejlorientering af grænser. En fuldstændig vilkårlig polykrystal uden tekstur har en karakteristisk fordeling af fejlorienteringsgrænser. Sådanne tilfælde er dog sjældne, og det meste materiale vil afvige mere eller mindre fra denne idealiserede fremstilling.

Energi af korngrænser

Energien af lavvinkelgrænser afhænger af misorienteringsvinklen mellem nabokorn op til overgangen til en højvinklet tilstand. I tilfælde af en simpel lavvinkelgrænse bestemmes energien af en grænse bestående af dislokationer med en Burgers-vektor b og en afstand h mellem dem af Reed-Shockley-ligningen:

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

hvor θ = b/h, γ 0 er en geometrisk faktor afhængigt af typen af grænse: for en hældningsgrænse γ 0 = Gb[4π(1-ν)], for en snoningsgrænse γ 0 = Gb/2π, er A bestemt af radius r 0 af kernedislokationerne: A = 1 + ln(b/2 πr 0 ), - G - shear modulus , ν - Poissons forhold . Dette viser, at når grænseenergien stiger, falder energien pr. dislokation. Der er en drivkraft til at skabe færre mere misorienterede grænser (dvs. kornvækst). Det er kendt, at Reed-Shockley-formlen er i god overensstemmelse med erfaringerne med lav-vinkel dislokationsgrænser, men er ikke anvendelig til store vinkler θ, da den ikke tager højde for den stærke interaktion og endda overlapningen af kernerne i gitterdislokationer, når de nærmer sig i afstande d ~ (4÷5)b (θ ~ 15°) [1] .

Noter

↑ Orlov, 1980 , s. 63.

Litteratur

Orlov A.N., Perevezentsev V.N., Rybin V.V. Korngrænser i metaller. - M . : Metallurgi, 1980. - 155 s.
Cheredov V.N. Fejl i syntetiske fluoritkrystaller. Sankt Petersborg: Videnskab. - 1993. - 112 s.