6.5 晶界能與顯微結(jié)構(gòu)(1)

   界面結(jié)構(gòu)和界面能常影響多晶多相材料中的結(jié)構(gòu)形貌。理論上講，結(jié)構(gòu)的平衡形貌應(yīng)該滿足界面能最低的熱力學(xué)條件。從熱力學(xué)趨勢(shì)看，低能態(tài)應(yīng)該是把晶界或相界減少到最小。但實(shí)際并非如此，而是在材料中存在著大量的界面，這是因?yàn)榻缑嫱ㄟ^(guò)自身的調(diào)整，在晶界或相界處能形成亞穩(wěn)平衡態(tài)，而其中界面能對(duì)決定材料的顯微形貌起著重要的作用。
    （1）單相多晶體中的晶粒形狀
    多晶體中的每個(gè)晶粒都是由界面圍成的多面體，其中亞穩(wěn)態(tài)晶界形狀與界面能存在著密切的關(guān)系�，F(xiàn)用圖6-49來(lái)說(shuō)明晶界亞平衡的條件，圖中示出的是3個(gè)晶粒交于公共結(jié)點(diǎn)O的截面，即O點(diǎn)是垂直于紙面的晶棱。3個(gè)晶粒間界上的界面張力分別為γ₁₂、γ₂₃、γ₃₁。當(dāng)考慮結(jié)點(diǎn)O是單位長(zhǎng)度的晶棱，其界面能應(yīng)為：
         ∑γA_(O) = γ₂₃Oα+γ₃₁Oβ+γ₁₂Oδ         (6-96)
                               
若晶棱的位置從O點(diǎn)移動(dòng)到P點(diǎn)，晶粒Ⅰ與Ⅱ和Ⅰ與Ⅲ間的界面都將發(fā)生相對(duì)晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)果γ12和γ3l可能發(fā)生變化，此變化對(duì)γ12可寫作 ，同理可對(duì)γ3l，于是結(jié)點(diǎn)P的界面能可寫為：
       (6-97)
將式(6-97)減去式(6-96)，即得晶棱移動(dòng)前后界面能的變化：
             (6-98)
對(duì)很小的OP位移，可有如下近似關(guān)系：
                       Pβ－Oβ≈－OB = －OPcosα2
                       Pδ－Oδ≈－OC = －OPcosα3              (6-99)
PB ≈ Pβdα2 = OPsinα2
PC ≈ Pδdα3 = OPsinα3
    將以上關(guān)系式代人式(6-98)，令其為零，得下列方程：
                        (6-100)
上式就是晶界平衡時(shí)所必需滿足的熱力學(xué)條件。其中 稱為扭矩項(xiàng)，它們?nèi)�決于γ隨晶界位向的變化。當(dāng)γ為各向同性時(shí)，扭矩項(xiàng)為零，此時(shí)式(6-100)可簡(jiǎn)化為：
                                        (6-101)