晶界遷移屬於物理學名詞，是指在晶界兩邊物質的吉布斯自由能之差會使界面向曲率中心移動的現象。
基本介紹
- 中文名：晶界遷移
- 外文名：Grain boundary migration
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
- 詞性：物理學名詞
- 現象：界面向曲率中心移動
簡介,多晶體界面移動規則,晶界移動方式,二次再結晶,抑制晶界移動,晶界結構,特殊晶界,其他,
簡介
晶粒長大並不是小晶粒的相互黏結，而是晶界移動的結果。晶界移動的速率是與晶界曲率以及系統的溫度有關。溫度升高和曲率半徑越小，晶界向其曲率中心移動的速率也越快， 氣孔在晶界上是隨晶界移動還是阻止晶界移動，這與晶界曲率有關，也與氣孔直徑、數量、氣孔作為空位源向晶界擴散的速率、氣孔內氣體壓力大小、包圍氣孔的晶粒數等因素有關。 約束晶粒生長的另一個因素是有少量液相出現在晶界上。少量液相使晶界上形成兩個新的固-液界面，從而界面移動的推動力降低和擴散距離增加。因此少量液相可以起到抑制晶粒長大的作用。
多晶體界面移動規則
根據由許多顆粒組成的多晶體界面移動情況得到以下幾條規則：
（1）晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一個在幾何學上與肥皂泡相似的三維陣列；
（2）晶粒邊界如果都具有基本上相同的表面張力，晶粒呈正六邊形；
（3）在晶界上的第二類夾雜物（雜質或氣泡），如果它們在燒結溫度下不與主晶相形成液相,則將阻礙晶界移動。
晶界移動方式
在燒結體內晶界移動有以下七種方式：
（1）氣孔靠晶格擴散移動；
（2）氣孔靠表面擴散移動；
（3）氣孔靠氣相傳遞；
（4）氣孔靠晶格擴散聚合；
（5）氣孔靠晶界擴散聚合；
（6）單相晶界本徵遷移；
（7）存在雜質牽制晶界移動。
二次再結晶
二次再結晶的推動力是大晶粒界面與臨近高表面能和小曲率半徑的晶面相比有較低的表面能，在表面能的驅動下，大晶粒界面向曲率半徑小的晶粒中心推進，以致造成大晶粒進一步長大與小晶粒的消失。 晶粒生長與二次再結晶的區別在於前者坯體內晶粒尺寸均勻地生長，服從（9-42）公式。而二次再結晶是個別晶粒異常生長，不服從（9-42）式，晶粒生長是平均尺寸增長，不存在晶核，界面處於平衡狀態，界面上無應力。二次再結晶的大晶粒界面上有應力存在。晶粒生長時氣孔艘維持在晶界上或晶界交匯處，二次再結晶時氣孔被包裹到晶粒內部。 從工藝控制考慮，造成二次再結晶的原因主要是原始粒度不均勻、燒結溫度偏高和燒結速率太快。其他還有坯體成型壓力不均勻，局部有不均勻液相等。為避免氣孔封閉在晶粒內，避免晶粒異常生長，應防止緻密化速率太快。
抑制晶界移動
晶界在多晶體中不同晶粒之間的交界面，據估計晶界寬度約為5-60nm。晶界上原子排列疏鬆散亂，在燒結傳質和晶粒生長過程中晶界對坯體緻密化起著十分重要的作用。由於燒結體中氣孔形狀是不規則的，晶界上氣孔的擴大、收縮或穩定與表面張力、潤濕角、包圍氣孔的晶粒數有關，還與晶界遷移率、氣孔半徑、氣孔內氣壓高低等因素有關。 在離子晶體中，晶界是陰離子快速擴散的通道。離子晶體的燒結與金屬材料不同。陰、陽離子必須同時擴散才能導致物質的傳遞與燒結。晶界上溶質的偏聚可以延伸晶界的移動名家素坯體緻密化，為了從坯體中完全排除氣孔，獲得緻密燒結體，空位擴散必須在晶界上保持相當高的速率/只有通過抑制晶界的移動才能使氣孔在燒結的始終都保持在晶界上，避免晶粒的不連續生長。利用溶質在晶界上偏析的特徵，在坯體中添加少量溶質（燒結助劑），就能達到抑制晶界移動的目的。
晶界結構
晶界結構的一般幾何模型包括重合位置點陣(CSL)模型、O點陣、DSC點陣、結構單元模型和多面體單元模型等，但套用最廣的仍為重合位置點陣模型。在CSL模型中，由不同取向晶體中某些位置相互重合的原子組成一個新點陣，即CSL點陣，並用CSL單胞體積與晶體點陣單胞體積的比∑來表示其數值。∑越大，CSL密度越小。當晶界能量較高時，重合位置點陣晶界上的原子可能不嚴格占據規定的幾何位置，而是具有能量自發降低的趨勢，使晶界原子發生剛性鬆弛。
特殊晶界
一般把具有特殊性能的晶界稱為特殊晶界，它必須至少滿足兩個條件：
①界面為∑≤29的CSL晶界；
②重合位置點陣模型準則：取向差θ的最大偏離量Δθ應滿足Brandon標準，即Δθ≤15°∑-1/2，或者Palumbo2Aust標準，即Δθ≤15°∑-5/6。而∑>29的CSL晶界和非CSL晶界則稱為一般晶界。∑1(指∑=1，下同)小角度特殊晶界具有較低能量和遷移率，∑3晶界包括共格、非共格孿晶以及不對稱的傾轉、扭轉和不規則界面等，而退火孿晶則屬於具有∑3CSL晶界結構的“共格孿晶”。
在晶界遷移過程中，當三條晶界在同一結點相遇時，會發生3個晶界之間的聚合2分解作用，形成3條非特殊晶界、2條非特殊晶界和一條特殊晶界、1條非特殊晶界和2條特殊晶界以及3條特殊晶界等4種晶界形態。一般把含有2條或3條特殊晶界的三結點稱為特殊三結點。
其他
晶界的遷移往往是斷斷續續進行的，加熱時金屬的晶界遷移速度也不恆定，甚至遷動方向也會變動。對冷加工金屬再結晶時，晶界遷動的動力是形變金屬的畸變能。晶粒長大也是靠晶界遷動而不是靠晶粒的併合，其動力來自晶界自由能；彎曲的晶粒間界一般向其曲率中心方向遷動，晶界曲率愈大，曲率半徑愈小，晶界遷移的動力愈大。晶粒大小對晶界遷動沒有直接作用，它的影響主要是通過晶界曲率不同來起作用。晶界遷動時晶界上雜質原子有一拖曳力阻礙晶界運動，因而雜質會影響晶界遷移速度。
