Механизмы миграции




Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Механизмы миграции

Механизмы миграции

27.07.2017


Миграция границы — процесс тасовки (shuffling) — перегруппировки атомов в некотором объеме решетки близ границы. Это процесс консервативный — вещество в этом объеме сохраняется. Элементарный объем тасовки и ее атомный механизм сильно зависят от строения границы.
Один предел — регулярная граница с малым числом узлов Е на ячейку решетки совпадений. Крайний случай: E = 3 в решетке ГЦК — граница двойника. Ее миграция - это двойникование, процесс “вполне кооперативный”. Двойникующая дислокация (разновидность скользящей ЗГД на уступе границы) перестраивает решетку в слое одноатомной толщины; перегибы бегут вдоль дислокации почти со скоростью звука, сдвигая атом за атомом на их новое место. Есть и механизм, который автоматически переводит двойникующую дислокацию в следующий слой.
Такой быстрый процесс почти не зависит от температуры.
В других регулярных границах Z > 3. Чтобы на уступе границы перестроить одну ячейку решетки совпадений (рис. 88), нужны малые смещения buk одновременно Z атомов в ней в разные стороны и с нулевым суммарным сдвигом Ebuk = 0. Простое обобщение — замена двойникующей дислокации на связку ЗГД с разными векторами Бюргерса buk (зональную дислокацию), которая проделает все это, вряд ли оправдано: перестройка не настолько кооперирована. Ho лишен смысла и другой предельный вариант — “поодиночный диффузионный переход” атомов из одной решетки в другую: внутри одной ячейки решетки совпадений атомы “той” и “этой” решетки неразличимы (см. рис. 88).
Элементарный акт миграции регулярной границы — одновременная перестройка всей ячейки решетки совпадений (от конфигурации “старого” зерна к “новому” — см. рис. 88). Согласованными для Z атомов синхронными смещениями buk граница шагает сразу на одну ячейку решетки совпадений, не меняя своей площади и энергии.

Возможность такого согласования тепловых колебаний для малых Z проверялась методом молекулярной динамики. В границе кручения Е5 в меди одно разбиение на структурные элементы время от времени сменялось другим. В симметричной границе наклона E7 в а-Ti найдены атомы, амплитуда колебаний которых втрое больше, чем в решетке. Эти атомы легко сместить к другому равновесному положению. В границе есть и специфические коллективные колебания, например, крутильные колебания кольца из четырех атомов в плоскости границы кручения.
Полностью на трехмерной численной модели молекулярной динамики воспроизведена миграция границы кручения E5 в золоте. Над плоской границей вначале выступал “купол” в 4 атомных слоя высотой и в 6 ячеек решетки совпадений в диаметре. При 300 К (0,22Тпл) он постепенно исчез, спрямляясь под действием собственного натяжения. Выявился всего один элементарный акт: в плоскости границы квадрат из четырех смежных атомов одним скачком поворачивался на угол w = 37°, переходя таким образом от ориентировки одного зерна к другому. Скачки колец, начавшись от уступа в границе, обходили последовательно купол по периметру (хотя были и независимые скачки, с разных сторон). Весь купол исчез за 10в3 периодов колебаний решетки (на дебаевской частоте vD), т.е. “результативным” было каждое второе колебание атома на границе. Получилась очень большая скорость (в сравнении с обычно измеряемыми) — но и радиус купола R ~ 3 нм создавал по (4а) движущую силу на 4 порядка больше, чем при обычной величине зерна.
Для электронномикроскопического измерения in situ при 0,43...0,60 Тпл миграции границы наклона Е5 наблюдали в напыленных пленках золота “усадку” зерна диаметром 0,5 мкм в монокристальной матрице (что обеспечило стабильную движущую силу). Отдельные участки границы (по 0,1 мкм длиной) продвигались скачками по 10...70 нм. Во время скачка их скорость достигала 0,02 мкм/с. Дислокации на границе были, но переносились вместе с ней, без изменения, так что вряд ли участвовали в процессе.
Масштаб этих наблюдений - не “решеточный”' один скачок захватывал 10в3...10в4 ячеек решетки совпадений. При этом сказывались многие внешние условия: после десятка скачков за полминуты граница могла на полчаса остановиться и даже двинуться обратно. К движущей силе от натяжения границы добавлялось действие местного нагрева, коробления фольги и ее загрязнения остаточными газами (чем ближе к тонкому краю фольги, тем резче скачки). Недоразумения обычны при сопоставлении измерений в разных масштабах: на микроструктурном уровне (при пробегах 1...10 мкм и более) скорость миграции усреднена по множеству скачков и по криволинейной границе (даже если форма ее и средняя движущая сила постоянны).