Файл: Бокштейн, С. З. Диффузия и структура металлов.pdf

д а ю т ся для границ с высокой плотностью совмещенных узлов.

Теоретическое рассмотрение вопроса показало, что совмещенные границы д о л ж н ы обладать менее высокой энергией по сравнению с другими высокоугловыми гра­ ницами [120].

образование совмещенных границ в процессе миграции в результате двойникования приводит к уменьшению сво­ бодной энергии по сравнению с образованием неупоря­ доченных границ или г р а н и ц е большими отклонениями от идеального совмещения. Замечено т а к ж е , что в тех случа­ ях, когда двойник отжига образуется в процессе движе ­

ции границ, при котором совмещенная граница с 'более низкой плотностью совмещенных узлов заменялась на границу с более высокой плотностью. Следует отметить, что в некоторых случаях удается обнаружить уменьшение

гия высокоугловой несовмещенной границы. О б н а р у ж и т ь уменьшение энергии вблизи узлов хорошо совмещенных кристаллов трудно, в частности, из-за нивелирования р а з ­ личий в энергии разных границ в силу повышенной кон­ центрации примесей.

Следует отметить, что при небольших углах разориентировки от идеального совмещения свойства, чувстви­ тельные к структуре границы, меняются не скачкообраз­ но (как следует из модели совмещенных узлов), а плав­ но. Это обстоятельство навело исследователей на мысль о расширении понятия модели совмещенных узлов [80] . Авторы предлагают распространить критерий совмеще­ ния (доля совмещенных узлов в плоскости границ) на

82

произвольные границы, изменив его определение (доля совмещенных узлов, отнесенная к единице площади гра­ ницы). Значение такого критерия совмещения достаточ­ но велико и тогда, когда угол разориентировки незначи­ тельно отклоняется от идеального. В последнем случае общих узлов в плоскости границы может и не быть, од­ нако совмещенные узлы могут сохраниться в пригранич­ ной области за счет локальных искажений решетки. Структура таких границ обладает периодичностью; их

0,9

Рис. 33. Относительная энергия границ зерен Q в зависи­ мости от Ѳ для <111> наклонной границы в свинце (зон­ ная очистка) (стрелками указаны углы совмещений, по­ лученные расчетом) [122]

важными характеристиками являются период и конфи­

деальным углом разориентировки может быть представ­ лена и к а к чередование периодов, присущих границам с

ществу «сверхпернодические» границы, составленные из сегментов идеальных совмещенных границ . Смешение последних приводит к искажениям дальнего порядка, возникают упругие напряжения, минимизирующие энер­ гию границы.

Кроме того, произвольная граница может быть опи­ сана как суперпозиция идеальной высокоугловой и дис­ локационной малоугловой границ [189]; авторы утвер-

83

ж д а ю т, что такой подход позволит рассчитать энергию произвольных границ и сегрегацию на них.

Непосредственные исследования структуры границ зерен 'были проведены с помощью метода автоионной эмиссии, разрешение которого достигает, как известно,

о

0,2 нм (2А). В результате было получено доказательство совмещенной структуры границы зерна вольфрама; при этом ширина переходной области между решетками двух зерен составляла всего несколько атомных диаметров . Границы, расположенные вдоль плоскостей с высокой

Исследование распределения кислорода на границе зерна иридия методом автоионной эмиссии [126] показа ­ ло, как отмечалось выше, что на границе с высокой

84

ностыо совмещенных узлов нет сегрегации кислорода, по­ скольку искажения решетки здесь незначительны. Р а с ­ пределение кислорода для границы с плохим совмещени­ ем показано на рис. 34. Экстраполяция к объемной кон­ центрации (смотри пунктирную линию) показывает, что ширина зоны с повышенной концентрацией кислорода

ласть сегрегации можно объяснить как результат взаи­

детельствуют в пользу теории, в которой структура вы­ сокоугловых границ описывается с помощью модели сов­ мещенных атомных узлов в плоскости границы.

Плодотворными д л я развития теории структуры гра­ ницы зерна и зернограничной сегрегации являются пос­ ледние работы Архарова [159] с сотрудниками [205,206], объединяющие ранее предложенную модель «трехмерно­ го нониуса» с представлениями об узлах совмещений. Большинство моделей, как следует из предыдущего, рас­ сматривает «плоскую» границу зерна к а к единственную область, где реализуется двумерная решетка совпадений. В отличие от них трехмерный нониус обладает шириной

о

около 1000А; здесь положение всех узлов, кроме узлов совпадения, отлично от положения в решетках смежных зерен, а параметр решетки не постоянен. Единственная кристаллогеометрическая характеристика, неизменная по всему объему переходной зоны, — параметр сверхре­ шетки совпадений. П о существу, эта зона может рассма ­ триваться как иная ф а з а . '

Действительно, авторы н а б л ю д а л и на д е б а е г р а м м а х поликристаллов многих твердых растворов на основе ме­

85

ной зоны чистой меди. Они становятся наблюдаемыми лишь при легировании, поскольку примеси, расширяя и стабилизируя переходную зону, увеличивают ее объем­ ную долю . Хотя справедливость последнего и некоторых других положений теории не бесспорна, эти результаты и их интерпретация представляют интерес.

Сравнительный анализ различных моделей количествен­

Наиболее распространенные методы эксперименталь­ ного определения параметров диффузии по границам зе­

Различие заключается в схеме опыта и обработке экспе­ риментальных результатов.

Модель Фишера дает следующее выражение:

86