晶界（晶粒之間的界面）

晶界（晶粒之間的界面）

晶界 （晶粒之間的界面） 次瀏覽 | 2022.10.26 16:23:29 更新 來源 ：互聯網 精選百科 本文由作者推薦 晶界晶粒之間的界面

grain boundary 晶界是結構相同而取向不同晶粒之間的界面。在晶界面上，原子排列從一個取向過渡到另一個取向，故晶界處原子排列處于過渡狀態。 晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。晶界上原子排列較晶粒內疏松，因而晶界易受腐蝕（熱侵蝕、化學腐蝕）后，很易顯露出來；由于晶界上結構疏松，在多晶體中，晶界是原子（離子）快速擴散的通道，并容易引起雜質原子（離子）偏聚，同時也使晶界處熔點低于晶粒；晶界上原子排列混亂，存在著許多空位、位錯和鍵變形等缺陷，使之處于應力畸變狀態。

中文名

晶界

外文名

grain boundary

適用領域

冶金

所屬學科

材料科學

定義

結構相同而取向不同晶粒之間

實質

晶粒與晶粒之間的接觸界面

晶界簡介

多數金屬材料屬于晶體材料，構成晶體材料的基本單元即為晶粒，晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。

晶界晶界晶界示意圖晶界定義

晶界（grainboundary）是結構相同而取向不同晶體之間的界面。在晶界面上，原子排列從一個取向過渡到另一個取向，故晶界處原子排列處于過渡狀態。晶界是晶體材料中重要的缺陷之一。人們普遍認為在塊體晶體材料中小角晶界（取向差小于15°）由位錯墻構成，而大角晶界（取向差大于15°）則以結構單元而不是位錯的形式存在。隨著晶體材料的尺寸逐漸減小，大量存在的表面對材料的結構和變形行為會產生顯著影響。[1]

晶界的分類

晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界有二種不同的分類方法，一種簡單地按兩個晶粒之間夾角的大小來分類。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相鄰兩個晶粒的原子排列鋁合的角度很小，約2`～3`。兩個晶粒間晶界由完全配合部分與失配部分組成。，界面處質點排列著一系列棱位圖。當一顆晶粒繞垂直晶粒界面的軸旋轉微小角度，也能形成由螺旋位錯構成的扭轉小角度晶界。大角度晶界在多晶體中占多數，這時晶界上質點的排列已接近無序狀態。另一種分類是根據晶界兩邊原子排列的連貫性來劃分的。當界面兩側的晶體具有非常相似的結構和類似的取向，越過界面原子面是連續的。這樣的界面稱為共格晶界。例如，氫氧化鎂加熱分解成氧化鎂，Mg（OH）2--》MgO＋H2O，就形成這樣的間界。這種氧化物的氧離子密堆平面通過類似堆積的氫氧化物的平面脫氫而直接得到。因此當Mg（OH）。

結構內有轉變為MgO結構的疇出現時，則陰離子面是連續的。然而，兩種結構的晶面間距彼此不同，分別為C1和C2，(C2-C1)/C1=Q被定義為品面間距的失配度。為了保個相或二個相發生彈性應變，或通過引入位錯來達到。失配度Q是彈性應變的一個量彈性應變的存在，使系統的能量增大，系統能量與cQ2成正比，C為常數。另一種類型的晶界稱做半共格晶界。在這種結構中，最簡單的看只有晶面間距C1比較小的一個相發生應變。彈性應變可以成引入半個原子晶面進入應變相下降，這樣就生成所謂界面位錯。位錯的引入、使在位錯線附近發生局部的晶格畸變。顯然晶體的能量也增加。

晶界的特性

由于晶界上兩個晶粒的質點排列取向有一定的差異，兩者都力圖使晶界上的質點排列符合于自己的取向。當達到平衡時，晶界上的原子就形成某種過渡的排列。顯然，晶界上由于原子排列不規則而造成結構比較疏松，因而也使晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界上原子排列較晶粒內疏松，因而晶界易受腐蝕（熱侵蝕、化學腐蝕）后，很易顯露出來；由于晶界上結構疏松，在多晶體中，晶界是原子（離子）快速擴散的通道，并容易引起雜質原子（離子）偏聚，同時也使晶界處熔點低于晶粒；晶界上原子排列混亂，存在著許多空位、位錯和鍵變形等缺陷，使之處于應力畸變狀態。故能階較高，使得晶界成為富態相變時代先成核的區域。利用晶界的一系列特性，通過控制晶界組成、結構和相態等來制造新型無機材料是材料科學工作者很感興趣的研究領域。但是多晶體晶界尺度僅在0.lum以下，并非一般顯微工能研究的。而要采用俄歇譜儀及離子探針等。由于晶界上成分復雜，因此對晶界的研究還有待深入。納米金屬的晶界在機械變形作用下容易發生晶界遷移并伴隨晶粒長大，使得納米材料發生軟化，這種現象在拉伸、壓縮、壓痕等變形條件下均有大量實驗和相關計算模擬結果的報道。[2]

無機非金屬材料是由微細粉料燒結而成的。在燒結時，眾多的的微細顆粒形成大量的結晶中心。當它們發育成晶粒并逐漸長大到相遇時就形成晶界。因而無機非金屬材料是由形狀不規則和取向不同的晶粒構成的多晶體，多晶體的性質不僅由晶粒內部結構和它們的缺陷結構所決定，而且還與晶界結構、數量等因素有關。尤其在高技術領域內，要求材料具有細晶交織的多晶結構以提高機電性能。此時晶界在材料中所起的作用就更為突出。當多晶體中晶粒平均尺寸為1um界占晶體總體積的1/2。顯然在細晶材料中，晶界對材料的機、電、熱和光等性質都有不可忽視作用。凡結構相同而取向不同的晶體相互接觸，其接觸界面稱為晶界。如果相鄰晶粒不僅位向不同，而且結構、組成也不相同，即它們代表不同的兩個相測其間界稱為相界面或界面。由于原子（離子）間結合鍵的變化及結構畸變，相界面同樣具有特殊的界面能，可以與晶界類同看待！晶界對金屬材料的影響

絕大部分的金屬工程材料都是多晶體，材料的性能與其顯微組織及晶界特性有著非常緊密的聯系。如像材料中發生的晶間斷裂、腐蝕、擴散、偏聚等問題，都會受到晶界結構和晶界特性的影響。控制晶界的結構和特性，并增加這類特殊晶界所占的比例，就可以使材料的這些性能得到改善。這類晶界稱為“特殊晶界”，也就是低Σ重位點陣晶界。如何提高低Σ重位點陣晶界所占的比例，以及研究它們與使用性能之間的關系，就構成了“晶界工程”問題。我們已掌握了采用特殊的加工和熱處理工藝，可以使低Σ重位點陣晶界所占的比例由通常的<20%提高到60~70%以上，明顯提高了金屬材料的耐腐蝕性能。這種工藝不需要改變材料的化學成分也不需要增加特殊的工藝設備，適用于不銹鋼、鎳基合金、銅及銅合金、鉛合金等金屬材料制成的板材料管材。晶界腐蝕對材料的耐久性有好大損耗，以鋼為例30418Cr-8Ni作為一種用途廣泛的鋼，具有良好的耐蝕性、耐熱性，低溫強度和機械特性；沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現象（無磁性，使用溫度-196℃~800℃）。

家庭用品（1、2類餐具、櫥柜、室內管線、熱水器、鍋爐、浴缸），汽車配件（風擋雨刷、消聲器、模制品），醫療器具，建材，化學，食品工業，農業，船舶部件。304L18Cr-8Ni-低碳。作為低C的304鋼，在一般狀態下，其耐蝕性與304剛相似，但在焊接后或者消除應力后，其抗晶界腐蝕能力優秀；在未進行熱處理的情況下，亦能保持良好的耐蝕性，使用度-196℃~800℃。應用于抗晶界腐蝕性要求高的化學、煤炭、石油產業的野外露天機器，建材耐熱零件及熱處理有困難的零件。

316L，18Cr-12Ni-2.5Mo低碳作為316鋼種的低C系列，除與316鋼有相同的特性外，其抗晶界腐蝕性優。316鋼的用途中，對抗晶界腐蝕性有特別要求的產品。309S：（0Cr23Ni13）特性：可承受980℃以下反復加熱，具有較高的高溫強度及抗氧化性、抗滲碳性能。用途：爐用材料。310S：（0Cr25Ni20）特性：適于制作各種爐用構件、最高溫度1料科學基礎材料概論固體物理200℃，連續使用溫度1150℃.用途：爐用材料，汽車凈化裝置用材料，航天，石化。

總之，晶界對材料性能的影響需要我們花更多時間去探索

參考資料