[科普中國]-晶界滑動(dòng)

簡介

晶界的運(yùn)動(dòng)有多種形式。其中，晶界滑動(dòng)是在切應(yīng)力作用下，沿晶界產(chǎn)生的晶體相對(duì)滑動(dòng)。晶界滑動(dòng)與晶界的力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。這方面的研究工作主要集中子雙晶體。

制取雙晶體是一項(xiàng)專門的技術(shù)。利用雙晶體可以研究晶界硬化與晶界結(jié)構(gòu)的關(guān)系。關(guān)于鋁雙晶晶界滑動(dòng)的研究，就是基于晶界結(jié)構(gòu)對(duì)晶界力學(xué)行為的影響1。

特點(diǎn)作晶界滑動(dòng)時(shí)，通?？傂枰Я?nèi)有一定數(shù)量的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散塑性變形；因?yàn)榇蠖鄶?shù)晶粒形狀不規(guī)則，為了發(fā)生晶界滑動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生裂口，晶粒形狀必須作相應(yīng)的變化，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是滿足這種要求的主要途徑。材料然加工時(shí)發(fā)生斷裂的主要原因是，晶界滑動(dòng)時(shí)在三晶粒交界處造成的應(yīng)力集中使該處產(chǎn)生楔形裂口，然后受張應(yīng)力作用而沿晶界擴(kuò)展導(dǎo)致斷裂2。

晶界滑動(dòng)量與時(shí)間的關(guān)系晶界滑動(dòng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律是典型的蠕變過程。但有兩個(gè)特點(diǎn)：沒有明顯的孕育期，滑動(dòng)是跳躍式。晶界滑動(dòng)盈與取向差密切相關(guān)，是晶界結(jié)構(gòu)敏感量。

McLean研究了多晶鋁在200℃蠕變時(shí)各種機(jī)制對(duì)蠕變的貢獻(xiàn)，其中包括晶界滑動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明，隨晶粒度的減小，晶界滑動(dòng)對(duì)總?cè)渥兞康呢暙I(xiàn)增加，尤其當(dāng)蠕變速率比較小時(shí)，其相對(duì)貢獻(xiàn)便更大。實(shí)驗(yàn)還證明，隨著溫度的升高，晶界滑動(dòng)對(duì)總?cè)渥兞康呢暙I(xiàn)會(huì)越來越大。

對(duì)于雙晶銘，溫度在較高的范圍，如360℃和410℃，在晶界切應(yīng)力作用下，晶界滑動(dòng)量隨時(shí)間的變化是與多晶鋁的蠕變機(jī)制不相同的。蠕變過程完全是晶界的運(yùn)動(dòng)。由于晶界本身不可熊絕對(duì)平滑，故晶界的滑動(dòng)是跳躍的。但在多晶體的蠕變過程中，即使晶界滑動(dòng)占了相當(dāng)?shù)谋戎?，卻由于各個(gè)晶界滑動(dòng)的跳躍不同步，所以總?cè)渥兙目栈瘎t不是跳躍式的。晶界滑動(dòng)是一不連續(xù)過程，并且開始就比較快，然后趨于恒速，最后為減速。但是，也可以是有明顯的孕育期的，即受力后有一段時(shí)間不滑動(dòng)，這取決于晶界滑動(dòng)激活能。由于溫度較高，晶界切應(yīng)力較大，顯著提高了晶界滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，因而滑動(dòng)過程開始無孕育期3。

晶界滑動(dòng)速率的變化Snowden提出，當(dāng)溫度較高時(shí)，晶界滑動(dòng)應(yīng)取決于原子由受壓應(yīng)力的“坎”沿晶擴(kuò)散到受張應(yīng)力的“坎”上去這一過程的控制，并給出晶界的滑動(dòng)速率。受壓應(yīng)力隨時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系增大，且當(dāng)切應(yīng)力（載荷）增加時(shí)，受壓應(yīng)力增大的速度越快。根據(jù)Gif kips和Snowden的觀點(diǎn)，晶界滑動(dòng)取決于原子沿晶擴(kuò)散的“坎”間距受壓應(yīng)力。由于受壓應(yīng)力隨時(shí)間的迅速增大，所以晶界滑動(dòng)越來越困難，以至逐漸減速1。

總結(jié)1.晶界滑動(dòng)量與晶界取向差密切相關(guān)，而晶界取向差是反映晶界結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)之一，所以，晶界滑動(dòng)速率是晶界結(jié)構(gòu)的敏感量。

2.晶界滑動(dòng)量隨時(shí)間的變化具有蠕變規(guī)律的特征，但可能沒有明顯的孕育期，并且呈現(xiàn)跳躍式的增加。隨著時(shí)間的增加，晶界滑動(dòng)速率逐漸降低。

3.晶界滑動(dòng)激活能隨取向差變化而變化，并有明顯的極大值和極小值。

4.溫度對(duì)晶界滑動(dòng)速率有重要影響?；扑俾孰S溫度的升高呈指數(shù)增加。

5.晶界切應(yīng)力對(duì)晶界滑動(dòng)速率有重要影響?；瑒?dòng)速率隨晶界切應(yīng)力的增加呈線性上升2。