Файл: Лодиз, Р. Рост монокристаллов.pdf

4. РОСТ КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ТВЕРДОФАЗНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 141

атомов или молекул, как при росте по механизмам жидкость — кристалл (ЖК) или пар — кристалл (ПК). При этом движущая сила роста черпается из избыточной свободной энергии границ зерна. Граничная энергия может рассматриваться как своеобраз­ ное межфазное натяжение между кристаллитами; укрупнение зерен уменьшает это натяжение. Отсюда ясно, что рост зерен за счет многочисленных малых зерен должен происходить бы­ стро, тогда как рост за счет отдельных зерен лишь немного

Ф и г . 4.5. Схематический рост зерна.

меньшего размера должен протекать медленно. Рост крупного зерна за счет маленьких иллюстрируется на фиг. 4.5. Если через

где AAsis — изменение площади границ между зернами малого размера и AAS/L — изменение площади границ между малым и большим зернами. Если предположить, что зерна имеют округ­ лую форму и что диаметр большого зерна равен D, то

и

где п — число малых зерен, соприкасающихся с большими зер­ нами. Если же d — средний диаметр маленького зерна, то

поскольку в числителе стоит длина окружности, проведенная через центры малых зерен, a D > d . Подстановка соответствую­ щих значений в уравнение (4.3) дает следующее условие роста зерна:

верхностных энергий. В действительности же межзеренные гра­ ницы характеризуются значениями о, зависящими от ориентации зерен и положения плоскости границы относительно зерен. Гра­ ницы могут быть либо большеугловыми, либо малоугловыми,

формы поверхности зерен перемещение границы может вклю­ чать их сдвиг, или скольжение, а также движение дислокаций. Если для этого требуется движение отдельных атомов, то при температурах, далеких от температуры плавления, процесс бу­ дет протекать медленно.

Наличие тонкозернистой, четкой текстуры с отдельными бо­ лее крупными кристаллами, обладающими незначительной раз-

') Остальная часть данного раздела в значительной степени опирается на обзоры Бюргерса [5] и Оста [7].

4. РОСТ КРИСТАЛЛОВ В ПРОЦЕССЕ ТВЕРДОФАЗНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ 143

ориентацией, способствует вторичной рекристаллизации. Если материал характеризуется четкой текстурой, то большая часть кристаллов обладает определенной преимущественной ориента­ цией. Таким образом, движущая сила рекристаллизации обус­ ловлена снятием деформации, разностью размеров зерен и раз­ личием ориентации растущих кристаллов, так что в уравнении (4.2) параметры w, Gs и AG0 все имеют большие значения. В частности, даже после рекристаллизации энергия Gs и прира­ щение AG0 все еще достаточно велики, чтобы создать значи­ тельную движущую силу. Следствием развитой текстуры бывает рост лишь отдельных кристаллов под действием направленной движущей силы.

Не исключено, что во многих случаях рост зерен происходит и без образования новых центров кристаллизации. Ими служат уже существующие зерна. Действительно, одна из задач управ­ ления кристаллизацией посредством деформационного отжига заключается в предотвращении роста во многих местах потен­ циального зародышеобразования. Однако при определенных условиях отжига наблюдается зарождение новых зерен и именно такие зерна растут впоследствии за счет поглощения со­ седних. Один способ анализа такой ситуации состоит в том, чтобы рассмотреть те участки в решетке, которые в конечном итоге могут стать твердофазными аналогами зародышей. Для этого локальный участок (дозародыш) должен становиться больше и достигнуть таких размеров, когда он уже станет играть роль зародыша. Движущая сила подобного процесса роста зерен обычных размеров создается разной их ориентацией и неодина­ ковыми размерами. В деформированной кристаллической мат­ рице у границ зерен, где обычно происходит зародышеобразование, дополнительным важным источником движущей силы слу­ жит разность внутренних энергий, обусловленная неодинаковой плотностью дислокаций. Поэтому участки, относительно свобод­ ные от дислокационных сеток, будут расти за счет областей с высокой плотностью дислокаций. В полигонизованных') образ­ цах существуют бездислокационные участки, отличающиеся от соседних по ориентации, которые способны стать быстрорасту­ щими зародышами. Принято думать, что инкубационным пе­ риодом зародышеобразования в некоторых системах служит время, требующееся для генерирования дислокаций в деформи­ рованной области, которые нужны при последующей полигонизации. На фиг. 4.7 изображена схема образования нового зерна на межзеренной границе. На фиг. 4.8 показаны способные к росту участки, порождающие полигонизацию. Как известно, примеси задерживают движение границ зерен и тем самым препятствуют

') Подигонизация рассматривалась в разд. 1.3,