| 6.3 界面結(jié)構(gòu)(5)
傾轉(zhuǎn)界面也可用重位的概念去描述。一個傾轉(zhuǎn)晶界可以通過一個晶體的兩部分相對旋轉(zhuǎn)53.1°，再把它們接合起來而形成，如圖6-38所示。圖中A部分的原子以小空心圓表示，B部分的原子以小實心圓表示，重合位以大空心圓表示。因為晶體B與晶體A只在界面區(qū)域相連，所以實際存在的重合位是界面上的大空心圓。由圖可看到，晶界對于晶體A和B而言都是一系列的臺階，臺階之間的距離，即重合點間的距離p = ，這一距離叫做結(jié)構(gòu)周期，結(jié)構(gòu)周期p也等于重位點陣晶胞的一個邊長。如前所述，一個具有相同 (如等于5)的重位點陣也可由繞[100]軸扭轉(zhuǎn)36.9°而得到，這相當(dāng)于x=3，y=1，其傾轉(zhuǎn)晶界如圖6-39所示。要注意到，此時結(jié)構(gòu)周期p等于重位點陣晶胞的對角線長。與圖6-38比較，得出36.9°和53.1°旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的傾轉(zhuǎn)晶界具有不同的結(jié)構(gòu)周期。
要指出的是，如果晶界是由兩晶粒間重位點陣(CSL)的密排或較密排面構(gòu)成，則兩晶粒在晶界處的原子會有較好的匹配，晶界能就較低，并且晶界長程應(yīng)變場的作用范圍和晶界結(jié)構(gòu)周期相近。這樣，晶界的彈性應(yīng)變能將隨Σ減小或隨結(jié)構(gòu)周期縮短而降低。一個具有相對低Σ的界面，往往具有低的界面能和高的遷移性。
還應(yīng)指出，重位點陣模型只適用于相同點陣類型的兩塊晶體之間的界面，并且也只有當(dāng)繞某軸轉(zhuǎn)動某些特定的角度，才能出現(xiàn)重位點陣，這是其模型應(yīng)用的限制。
（2）O點陣模型
任取兩個點陣Ll和L2，互相貫穿形成復(fù)合貫穿點陣。在考察復(fù)合貫穿點陣每個陣點位置的周圍環(huán)境時，發(fā)現(xiàn)有些陣點位置有規(guī)律且周期性地分布在整個貫穿點陣中，這些環(huán)境相同的等效點就稱為O點。由這些O點組成的點陣，稱為O點陣。實際上，O點陣概念是CSL概念的一般化推廣。CSL著眼于復(fù)合貫穿后在哪些陣點上相重合，而O點陣則著眼于點陣上哪些位置有相同的原子配位環(huán)境。圖6-40是兩個簡單立方點陣形成的O點陣，實線所連正方網(wǎng)格為O點陣。
O點陣概念的優(yōu)點是O點的集合是作連續(xù)的運動，而CSL則是突然地出現(xiàn)或消失，甚至當(dāng)重位點陣不存在時，O點陣仍存在。O點陣應(yīng)用的一個特點是，它適用于兩個不完全一樣的晶體界面。
（3）DSC點陣
DSC（Displacement Shift Complete Lattice）點陣稱為完整花樣移動點陣。它是將2個貫穿點陣所有實際陣點連接起來的一種最大的公共點陣。 DSC點陣除了包括兩點陣的實際陣點外，還包括不屬于兩個實際點陣的“虛點陣”的陣點。圖6-41中(b)是在(a)的基礎(chǔ)上建立起來的DSC點陣，它的基矢是圖中表示的b1和b2。從圖中看出，重位點陣是DSC點陣的超點陣。DSC模型的一個重要性質(zhì)是，當(dāng)兩個實際晶體點陣相對平移任何1個DSC基矢時，界面上原子排列構(gòu)形不改變，只是構(gòu)形的原點移動了。另外，在立方系晶體點陣中，DSC點陣與CSL互為倒易，即界面上原子錯配程度增大時，相應(yīng)CSL尺寸增大，而DSC點陣尺寸減小。
界面能是與界面陣點的幾何構(gòu)形有關(guān)。界面的幾何構(gòu)形往往傾向于形成具有低能量的排列形式，低能界面應(yīng)該具有短的周期性，例如CSL(或O點陣)界面關(guān)于密排或較密排面的要求。如果偏離了這種低能排列形式，界面能就會提高。DSC點陣正是考慮在界面引進(jìn)“次位錯”以保持具有低能界面的幾何構(gòu)形，這些次位錯的柏氏矢量就是DSC點陣矢量。例如立方點陣[001]向轉(zhuǎn)動53.1°的對稱重位傾轉(zhuǎn)晶界（圖6-42a），晶界結(jié)構(gòu)是…222…，如果兩晶粒取向差偏離3.1°，即取向差為50.0°時，為了使界面保持低能的構(gòu)形，在界面上會引入次位錯，這時晶界結(jié)構(gòu)變?yōu)椤?2322…，其中兩個次位錯出現(xiàn)在長階處，次位錯的柏氏矢量是DSC點陣矢量(圖6-42b)。由此看出，DSC點陣對討論晶界臺階和晶界位錯比較方便。
|
