晶界（晶粒之间的界面）

晶界（晶粒之间的界面）

晶界 （晶粒之间的界面） 次浏览 | 2022.10.26 16:23:29 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 晶界晶粒之间的界面

grain boundary 晶界是结构相同而取向不同晶粒之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。 晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。晶界上原子排列较晶粒内疏松，因而晶界易受腐蚀（热侵蚀、化学腐蚀）后，很易显露出来；由于晶界上结构疏松，在多晶体中，晶界是原子（离子）快速扩散的通道，并容易引起杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒；晶界上原子排列混乱，存在着许多空位、位错和键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态。

中文名

晶界

外文名

grain boundary

适用领域

冶金

所属学科

材料科学

定义

结构相同而取向不同晶粒之间

实质

晶粒与晶粒之间的接触界面

晶界简介

多数金属材料属于晶体材料，构成晶体材料的基本单元即为晶粒，晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界。

晶界晶界晶界示意图晶界定义

晶界（grainboundary）是结构相同而取向不同晶体之间的界面。在晶界面上，原子排列从一个取向过渡到另一个取向，故晶界处原子排列处于过渡状态。晶界是晶体材料中重要的缺陷之一。人们普遍认为在块体晶体材料中小角晶界（取向差小于15°）由位错墙构成，而大角晶界（取向差大于15°）则以结构单元而不是位错的形式存在。随着晶体材料的尺寸逐渐减小，大量存在的表面对材料的结构和变形行为会产生显著影响。[1]

晶界的分类

晶粒与晶粒之间的接触界面叫做晶界有二种不同的分类方法，一种简单地按两个晶粒之间夹角的大小来分类。分成小角度晶界和大角度晶界。小角度晶界是相邻两个晶粒的原子排列铝合的角度很小，约2`～3`。两个晶粒间晶界由完全配合部分与失配部分组成。，界面处质点排列着一系列棱位图。当一颗晶粒绕垂直晶粒界面的轴旋转微小角度，也能形成由螺旋位错构成的扭转小角度晶界。大角度晶界在多晶体中占多数，这时晶界上质点的排列已接近无序状态。另一种分类是根据晶界两边原子排列的连贯性来划分的。当界面两侧的晶体具有非常相似的结构和类似的取向，越过界面原子面是连续的。这样的界面称为共格晶界。例如，氢氧化镁加热分解成氧化镁，Mg（OH）2--》MgO＋H2O，就形成这样的间界。这种氧化物的氧离子密堆平面通过类似堆积的氢氧化物的平面脱氢而直接得到。因此当Mg（OH）。

结构内有转变为MgO结构的畴出现时，则阴离子面是连续的。然而，两种结构的晶面间距彼此不同，分别为C1和C2，(C2-C1)/C1=Q被定义为品面间距的失配度。为了保个相或二个相发生弹性应变，或通过引入位错来达到。失配度Q是弹性应变的一个量弹性应变的存在，使系统的能量增大，系统能量与cQ2成正比，C为常数。另一种类型的晶界称做半共格晶界。在这种结构中，最简单的看只有晶面间距C1比较小的一个相发生应变。弹性应变可以成引入半个原子晶面进入应变相下降，这样就生成所谓界面位错。位错的引入、使在位错线附近发生局部的晶格畸变。显然晶体的能量也增加。

晶界的特性

由于晶界上两个晶粒的质点排列取向有一定的差异，两者都力图使晶界上的质点排列符合于自己的取向。当达到平衡时，晶界上的原子就形成某种过渡的排列。显然，晶界上由于原子排列不规则而造成结构比较疏松，因而也使晶界具有一些不同于晶粒的特性。晶界上原子排列较晶粒内疏松，因而晶界易受腐蚀（热侵蚀、化学腐蚀）后，很易显露出来；由于晶界上结构疏松，在多晶体中，晶界是原子（离子）快速扩散的通道，并容易引起杂质原子（离子）偏聚，同时也使晶界处熔点低于晶粒；晶界上原子排列混乱，存在着许多空位、位错和键变形等缺陷，使之处于应力畸变状态。故能阶较高，使得晶界成为富态相变时代先成核的区域。利用晶界的一系列特性，通过控制晶界组成、结构和相态等来制造新型无机材料是材料科学工作者很感兴趣的研究领域。但是多晶体晶界尺度仅在0.lum以下，并非一般显微工能研究的。而要采用俄歇谱仪及离子探针等。由于晶界上成分复杂，因此对晶界的研究还有待深入。纳米金属的晶界在机械变形作用下容易发生晶界迁移并伴随晶粒长大，使得纳米材料发生软化，这种现象在拉伸、压缩、压痕等变形条件下均有大量实验和相关计算模拟结果的报道。[2]

无机非金属材料是由微细粉料烧结而成的。在烧结时，众多的的微细颗粒形成大量的结晶中心。当它们发育成晶粒并逐渐长大到相遇时就形成晶界。因而无机非金属材料是由形状不规则和取向不同的晶粒构成的多晶体，多晶体的性质不仅由晶粒内部结构和它们的缺陷结构所决定，而且还与晶界结构、数量等因素有关。尤其在高技术领域内，要求材料具有细晶交织的多晶结构以提高机电性能。此时晶界在材料中所起的作用就更为突出。当多晶体中晶粒平均尺寸为1um界占晶体总体积的1/2。显然在细晶材料中，晶界对材料的机、电、热和光等性质都有不可忽视作用。凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界。如果相邻晶粒不仅位向不同，而且结构、组成也不相同，即它们代表不同的两个相测其间界称为相界面或界面。由于原子（离子）间结合键的变化及结构畸变，相界面同样具有特殊的界面能，可以与晶界类同看待！晶界对金属材料的影响

绝大部分的金属工程材料都是多晶体，材料的性能与其显微组织及晶界特性有着非常紧密的联系。如像材料中发生的晶间断裂、腐蚀、扩散、偏聚等问题，都会受到晶界结构和晶界特性的影响。控制晶界的结构和特性，并增加这类特殊晶界所占的比例，就可以使材料的这些性能得到改善。这类晶界称为“特殊晶界”，也就是低Σ重位点阵晶界。如何提高低Σ重位点阵晶界所占的比例，以及研究它们与使用性能之间的关系，就构成了“晶界工程”问题。我们已掌握了采用特殊的加工和热处理工艺，可以使低Σ重位点阵晶界所占的比例由通常的<20%提高到60~70%以上，明显提高了金属材料的耐腐蚀性能。这种工艺不需要改变材料的化学成分也不需要增加特殊的工艺设备，适用于不锈钢、镍基合金、铜及铜合金、铅合金等金属材料制成的板材料管材。晶界腐蚀对材料的耐久性有好大损耗，以钢为例30418Cr-8Ni作为一种用途广泛的钢，具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196℃~800℃）。

家庭用品（1、2类餐具、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸），汽车配件（风挡雨刷、消声器、模制品），医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件。304L18Cr-8Ni-低碳。作为低C的304钢，在一般状态下，其耐蚀性与304刚相似，但在焊接后或者消除应力后，其抗晶界腐蚀能力优秀；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用度-196℃~800℃。应用于抗晶界腐蚀性要求高的化学、煤炭、石油产业的野外露天机器，建材耐热零件及热处理有困难的零件。

316L，18Cr-12Ni-2.5Mo低碳作为316钢种的低C系列，除与316钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性优。316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。309S：（0Cr23Ni13）特性：可承受980℃以下反复加热，具有较高的高温强度及抗氧化性、抗渗碳性能。用途：炉用材料。310S：（0Cr25Ni20）特性：适于制作各种炉用构件、最高温度1料科学基础材料概论固体物理200℃，连续使用温度1150℃.用途：炉用材料，汽车净化装置用材料，航天，石化。

总之，晶界对材料性能的影响需要我们花更多时间去探索

参考资料