6.3 界面结构(6)

    （4）结构单元模型
    结构单元模型概念的提出是基于任一长周期界面可分解为短周期界面的应变单元。采用原子模拟方法研究对称和非对称的倾转晶界已得出：在一定取向差范围内的所有界面都可由两种结构单元重复组成。
   
    晶界上的周期性越长，界面两侧匹配程度将越差，同时晶界能越高。因而任何长周期结构的晶界会倾向于分解成具有一定应变的短周期结构。图6-43示出了面心立方3种以[001]为旋转轴的对称倾转晶界中的结构单元，图(a)是两个面心立方点阵贯穿产生Σ=5的几何结构，空圆圈及三角形分别表示两个贯穿的点阵，虚线是(210)面。图中由黑线勾划的梯形经松弛畸变后变为如图(b)的四边形的结构单元，每个单元以B表示，显然图(b)的晶界面是(210)面，晶界结构为…BBBB…。图(c)是Σ=17的对称倾转晶界的松弛结构，平行于(530)面的界面由两种松弛畸变结构单元组成，一种结构单元和图(b)的一样(标以B)，另一种结构单元是完整晶体(Σ=1)平行于(110)面的结构单元，如图(e)标记为A的结构单元（图中虚线平行于(110)面）。B结构单元两侧晶粒的取向是Σ=5的对称倾转的取向，而结构单元A两侧的取向差为0，综合两种结构单元的结晶结构为…ABBABB…，这样排列的结构单元构成 =17的对称倾转晶界。图(d)是Σ=37的对称倾转晶界的松弛结构，平行于(750)的晶界也由A和B两种松弛畸变的结构单元构成，晶界结构为…AABABAABAB…。对于非对称倾转晶界和扭转晶界，同样可用结构单元描述，不过扭转晶界情况要复杂得多。结构单元模型的局限性是它仅对低指数轴(例如[100]、[110]、[111]， [112])的纯倾转及扭转晶界描述较有效。从理论上讲，结构单元模型原则上也可以用于高指数旋转轴的晶界，但实际上它需要的结构单元类型数目很多，以致失去结构描写的意义。
（5）多面体单元模型
    多面体单元模型是在对称及非对称倾转晶界上寻找多面体群体的堆积，例如，面心立方结构以[110]为轴的倾转晶界中，多面体是四面体、八面体、三棱柱体、加顶三棱柱体、阿基米德方形反棱柱体、加顶阿基米德方形反棱柱体和五角双棱柱体等7种，且晶界上多面体是密排堆积的。在以[100]、[111]及[112]为轴的对称倾转晶界中，也存在这些多面体，但并不是密堆积。图6-44是以面心立方结构的[100]为轴转动36.9°( =5)的对称倾转晶界上三棱柱体的堆积。
               
    由于晶界连接两个晶体要求的相容性并不能完全由多面体堆积来满足，因此晶界结构不可能完全由多面体组成，即使对低能晶界，仍会存在与多面体结构不同的原子排列。这些位置可能是杂质原子易偏析的位置，于是也可以应用这一模型对晶界偏析作定量分析，另外，多面体堆积位置可看作是晶界匹配良好的区域，而其它是晶界匹配不好的区域。
    应该指出，以上所介绍的几种晶界的结构模型对解释一些特殊大角度晶界是有效的，但应用到那些与特殊大角度晶界偏离较大或任意大角度晶界时仍会有一定的局限性。另外，本节所述的模型都忽略了界面的带电性，而实际上晶界的带电是重要的结构影响因素。
（本节完）