6.3 界面結(jié)構(gòu)(6)

    （4）結(jié)構(gòu)單元模型
    結(jié)構(gòu)單元模型概念的提出是基于任一長周期界面可分解為短周期界面的應(yīng)變單元。采用原子模擬方法研究對稱和非對稱的傾轉(zhuǎn)晶界已得出：在一定取向差范圍內(nèi)的所有界面都可由兩種結(jié)構(gòu)單元重復組成。
   
    晶界上的周期性越長，界面兩側(cè)匹配程度將越差，同時晶界能越高。因而任何長周期結(jié)構(gòu)的晶界會傾向于分解成具有一定應(yīng)變的短周期結(jié)構(gòu)。圖6-43示出了面心立方3種以[001]為旋轉(zhuǎn)軸的對稱傾轉(zhuǎn)晶界中的結(jié)構(gòu)單元，圖(a)是兩個面心立方點陣貫穿產(chǎn)生Σ=5的幾何結(jié)構(gòu)，空圓圈及三角形分別表示兩個貫穿的點陣，虛線是(210)面。圖中由黑線勾劃的梯形經(jīng)松弛畸變后變?yōu)槿鐖D(b)的四邊形的結(jié)構(gòu)單元，每個單元以B表示，顯然圖(b)的晶界面是(210)面，晶界結(jié)構(gòu)為…BBBB…。圖(c)是Σ=17的對稱傾轉(zhuǎn)晶界的松弛結(jié)構(gòu)，平行于(530)面的界面由兩種松弛畸變結(jié)構(gòu)單元組成，一種結(jié)構(gòu)單元和圖(b)的一樣(標以B)，另一種結(jié)構(gòu)單元是完整晶體(Σ=1)平行于(110)面的結(jié)構(gòu)單元，如圖(e)標記為A的結(jié)構(gòu)單元（圖中虛線平行于(110)面）。B結(jié)構(gòu)單元兩側(cè)晶粒的取向是Σ=5的對稱傾轉(zhuǎn)的取向，而結(jié)構(gòu)單元A兩側(cè)的取向差為0，綜合兩種結(jié)構(gòu)單元的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為…ABBABB…，這樣排列的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成 =17的對稱傾轉(zhuǎn)晶界。圖(d)是Σ=37的對稱傾轉(zhuǎn)晶界的松弛結(jié)構(gòu)，平行于(750)的晶界也由A和B兩種松弛畸變的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，晶界結(jié)構(gòu)為…AABABAABAB…。對于非對稱傾轉(zhuǎn)晶界和扭轉(zhuǎn)晶界，同樣可用結(jié)構(gòu)單元描述，不過扭轉(zhuǎn)晶界情況要復雜得多。結(jié)構(gòu)單元模型的局限性是它僅對低指數(shù)軸(例如[100]、[110]、[111]， [112])的純傾轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)晶界描述較有效。從理論上講，結(jié)構(gòu)單元模型原則上也可以用于高指數(shù)旋轉(zhuǎn)軸的晶界，但實際上它需要的結(jié)構(gòu)單元類型數(shù)目很多，以致失去結(jié)構(gòu)描寫的意義。
（5）多面體單元模型
    多面體單元模型是在對稱及非對稱傾轉(zhuǎn)晶界上尋找多面體群體的堆積，例如，面心立方結(jié)構(gòu)以[110]為軸的傾轉(zhuǎn)晶界中，多面體是四面體、八面體、三棱柱體、加頂三棱柱體、阿基米德方形反棱柱體、加頂阿基米德方形反棱柱體和五角雙棱柱體等7種，且晶界上多面體是密排堆積的。在以[100]、[111]及[112]為軸的對稱傾轉(zhuǎn)晶界中，也存在這些多面體，但并不是密堆積。圖6-44是以面心立方結(jié)構(gòu)的[100]為軸轉(zhuǎn)動36.9°( =5)的對稱傾轉(zhuǎn)晶界上三棱柱體的堆積。
               
    由于晶界連接兩個晶體要求的相容性并不能完全由多面體堆積來滿足，因此晶界結(jié)構(gòu)不可能完全由多面體組成，即使對低能晶界，仍會存在與多面體結(jié)構(gòu)不同的原子排列。這些位置可能是雜質(zhì)原子易偏析的位置，于是也可以應(yīng)用這一模型對晶界偏析作定量分析，另外，多面體堆積位置可看作是晶界匹配良好的區(qū)域，而其它是晶界匹配不好的區(qū)域。
    應(yīng)該指出，以上所介紹的幾種晶界的結(jié)構(gòu)模型對解釋一些特殊大角度晶界是有效的，但應(yīng)用到那些與特殊大角度晶界偏離較大或任意大角度晶界時仍會有一定的局限性。另外，本節(jié)所述的模型都忽略了界面的帶電性，而實際上晶界的帶電是重要的結(jié)構(gòu)影響因素。
（本節(jié)完）