3.3.4. Границы зерен

Поликристаллы состоят из большого числа мелких монокристаллов, которые называют зернами. Зерна разделены некоторыми зонами перехода – границами зерен. Граница зерна представляет собой поверхность между двумя монокристаллами различной ориентации, которые примыкают друг к другу, т. е. некий сплошной переход от одного монокристалла к другому. Бюргерс предположил, что границы зерен с малым углом разориентировки j состоят из совокупности дислокаций (рис. 3.26).

 

 

Рис. 3.26. Зерна и малоугловая граница

 

Если углы разориентировки j  соседних зерен кристаллической решетки невелики (5 − 10 градусов), то границы называют малоугловыми границами, или субграницами, а ограниченные ими области решетки − субзернами. Такие границы могут присутствовать как между зернами поликристалла, так и в монокристаллах. Угол разориентировки связан с модулем вектора Бюргерса  краевых дислокаций и расстоянием D между ними соотношением

.

(3.26)

Если же углы разориентировки превышают 10 градусов, то границы называются большеугловыми (рис. 3.27). Монокристаллы не могут содержать большеугловых границ.

 

Рис. 3.27. Большеугловая граница в поликристалле: а − межзёренная граница между двумя квадратными решетками зерен (Ө = 36.9°); б − эта граница может быть представлена решеткой совпадающих узлов [102]

 

По современным представлениям, большеугловые границы обладают определенным кристаллическим строением, отличающимся от строения зерен и зависящим от структуры последних и угла разориентировки между ними [52]. Подтверждением этого послужили данные о немонотонной зависимости ряда свойств большеугловых границ (подвижность, энергия, скорость граничной диффузии и др.) от угла разориентировки, полученные Швиндлерманом и др. Наличие экстремумов энергии для определенных углов разориентировки связано с тем, что при этих углах часть атомов соседних зерен занимает позиции, общие для решеток обоих зерен. На рис. 3.27, б эти атомы показаны в виде светлых  кружков в зерне, находящемся справа от большеугловой границы. Такие границы получили название специальных, а остальные − случайных (или границ общего типа).

Границы зерен оказывают существенное влияние на электропроводность, оптические и другие свойства кристаллов.