атомы обладают некоторым избытком свободной энергии, которая составляет на единицу поверхности величину Рп, зависящую ,от рода вещества, температуры и окружающей среды.

Вернемся к монокристаллам А к В. Сначала допустим, что на их поверхности нет так называемых активных центров [113, 122]. Это значит, что поверхностные атомы, так же как атомы, расположенные внутри тела, не возбуждены. При сближении таких монокристаллов между ними возникнут силы межмолекулярного притяжения Рпр — силы Ван дер Ваальса (рис. 6, а), и дальнейшее их сближение под действием этих сил пойдет самопроизвольно. На некотором расстоянии начнется перекрытие стабильных электронных оболочек поверхностных атомов и появятся быстрорастущие силы отталкивания (Рот). При г а (а — период решетки) результирующая сила Рв = РПр — Рот станет равной нулю. Потенциальная энергия системы изменяется по кривой / (рис. 6, б). Ее минимум соответствует г = гв, а величина Ев равна энергии вандерваальсовской связи, которая, как отмечалось выше, невелика. Всегда Ев С 2/гп. При г = гв образуется физический контакт между сближаемыми поверхностями.

Предположим теперь, что тем или иным способом (см. § 3) на поверхностях СБ и ЕР созданы активные центры. Для этого потребуется энергия активации Еа (см. рис. 6, б). При сближении таких монокристаллов в условиях, обеспечивающих сохранение активных центров, на расстояние, соизмеримое с периодом решетки а, будут действовать значительные силы межатомного притяжения, вызываемые обменными процессами между внешними электронами возбужденных поверхностных атомов. В результате такого взаимодействия (химического по природе) образуются энергетически устойчивые конфигурации электронов, присущие невозбужденным атомам внутри тела. При г = а граница раздела между А и В исчезает и два монокристалла объединяются в один — происходит их схватывание (саарка), а потенциальная энергия системы достигает минимума Етп (см. кривую // на рис. 6, б). Этот минимум соответствует равновесию системы, которая термодинамически всегда стремится к состоянию с минимальной свободной энергией. Энергия ЕтХп равна свободной энергии 2А„ двух исчезающих поверхностей раздела. Высвобождаемая энергия 2Рп может частично пойти на нагрев поверхностных атомов, а частично распространиться внутрь кристалла в виде упругой волны, энергия которой быстро рассеивается в объеме тела без заметного локального повышения температуры. Распределение энергии 2/7„ между поверхностными и глубинными слоями неизвестно.

Если создание активных центров на поверхности сближаемых тел идет одновременно с процессом их сближения до физического контакта, то при г г0 потенциальная энергия изменяется по кривой / (см. рис. 6, б), а при г г„ — по кривой // и образование активных центров потребует энергии активации Еа С Еа. 12

Ч го произойдет в результате сближения двух идеальных монокристаллов, но с узлами решетки, взаимно смещенными на величину Д (см. рис. 5, б)? При относительно большом расстоянии г (и ііапдсрваальсовской области) результирующая сила Рв (см. рік. О, а) не будет зависеть от смещения А. При активированной пмиерхмости и дальнейшем уменьшении г принципиально возможны дни случая: если преобладают ненаправленные связи со сферической симметрией, то поля поверхностных атомов (напри-мі р, 0 н //) перекроются вне зависимости от Л и для осуществления с хшім.т.іміія не потребуется какой-либо подстройки атомов на коптиктирующих поверхностях. В результате схватывания смени иные монокристаллы объединятся с образованием границы, на которой правильное кристаллическое строение нарушится. Создание і.ікші границы потребует затраты энергии ргр, связанной «' упруг пм искажением решетки. Однако величина Ргр значними,пи меньше, чем 2Рп, и процесс схватывания термодинамически мі роик'М, так к:ік (чі ведет к уменьшению свободной энергии на '"• шчпну

АГ 2Рп~Рер.

I или же н кристалле преобладают направленные ковалентные (іііміі (как, например, во многих переходных металлах [143]), то поля ішііирхностньїх атомов К и Ь перекроются только при их смешении в положения К.' и V на рас-л

• Гоцци и 3 равновесного состояния. 1п мофебует дополнительной энергии лк шпации Еа, по-видимому, меньшей, чем основная энергия активации поверхности Еа. Энергия Еа относительно мала потому, что смещение атрмов на

пс связано с актами диффузии или разрыва существующих связей в кристаллической решетке.

Перейдем теперь к анализу термодинамических условий для идеализированного случая схватывания двух поликристаллов одного и того же вещества с ровными (в пределах, допустимых расположением поверхностных атомов в узлах решетки) и атомночистыми поверхностями.

В процессе соединения, для чего требуется образование активных центров, а при жестко направленных связях — и взаимная подстройка атомов на кон-

Рис. 7. Малоугольная граница между двумя симметрично наклонными кристаллами [157]