0.8

ОМ

ОЛ 0.8 1,2 1.6 2.0 2.ц 2.8

Рис. 8. Зависимость отношения энергии границы к ее максимальному значению от относительного угла разориентировки [102]:

О — кремнистое железо; □ — олово; д — свинец

тактирующих поверхностях, исчезнут две поверхности раздела с высвобождением энергии 2Р„ и образованием границы между зернами с различно ориентированными кристаллографическими осями. Вблизи такой границы, как правило, имеются упругие искажения решетки в узкой приграничной области шириной в несколько атомных слоев, связанные с затратой энергии ¥гр. Термодинамически схватывание (сварка) поликристаллов возможно в том случае, если оно приведет к уменьшению свободной энергии системы, т. е.

Л^2^п-/^0.(1)

Строение границы зерна и ее энергия Бгр определяются характером и степенью разориеитировки образующих ее кристаллов. Они могут быть наклонены друг к другу с симметричным или асимметричным расположением границы сопряжения, причем каждый из кристаллов может быть повернут на произвольный угол относительно любой из трех пространственных осей. Строение простейшей симметричной наклонной границы с небольшим углом разориеитировки (0 15°) характеризуется рядом, дислокаций (рис. 7) с шагом Б = -Ц- (а — период решетки).

Энергия малоугольной границы изменяется почти пропорционально числу дислокаций на единицу ее длины, и, как следствие,

она растет с увеличением отношения й— (рис. 8), где 0тах соот-ветствует максимуму Ргр, равному для олова 12,2°, для свинца 25,7° и для кремнистого железа 26, 6—29,8° [102].

Образование малоугольной границы между идеальными кристаллами не связано с массопереносом и поэтому не требует дополнительной энергии активации (по сравнению с рассмотренными выше случаями соединения монокристаллов с направленными и ненаправленными связями, но при 0 = 0).

Нет общепризнанной теории строения большеугольной границы зерна [102]. Моттом высказано предположение, что на такой границе заштрихованные когерентные участки (участки со строгой 14

ммпмной ориентировкой узлов решетки по обе стороны от границы) чередуются с не-мнерентными (рис. 9,а). Можно представить себе границу с двухмерным строением (рис. У, б), при котором струк-|урнсм несоответствие между дпумя кристаллами оказы-пж гея минимальным. По Ь М.1лмерсу, такую границу ' ппчдн можно провести так, 1 что межатомные расстояния . иг будут сильно отличаться , о| ислпчипы, типичной для дислокации [157] Энергия ее оЛра тилпии практически не «ппнент от степени ряяорнен ' гирооки, что подпн ржд.мтсн .Ч.11И больших чшчсшш 0 кс" ш ||||мсп1,1,11,по (см. рис. 8).

В гябл. 2 приведены Данциг но свободной энергии поверх нос 1М Рп, границы зерни /■ /( при большой разори-( п и'рпнке 1М71 и вычисленные по ним .шачения А/7 = 2Т7

и дли любых поликристаллических материалов) ¥гр ^ 2/7„. Для металлов ¥гр ^ (0,12-=-0,20) 2/"„, вследствие чего схватывание (сварка) поликристаллов одноименных металлов всегда сопровож-д.кчея значительным уменьшением свободной энергии системы и является экзотермическим процессом, выгодным в термодинамическом отношении. Образование сложной двухмерной границы юрпа связано с перегруппировкой атомов в поверхностных слоях. Этот процесс требует некоторой энергии активации.

Свободная энергия поверхности и границы зерна в эрг/см2

Рис. 9. Схемы строения большеугольной границы [157]

Ргр. Для металлов (вероятно,