межзёренные границы

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.

Лит.: Глейтер Г., Чалмерс Б., Болыпеугловые границы зерен, пер. с англ., M., 1975; Структура межкристаллических и мсжфазных границ, M., 1980; Орлов A. H., Перевезенцев В. H., Pыбин В. В., Границы зерен в металлах, M., 1980. А. Л. Ройтбурд.

   <<      Предметный указатель      >>