8.3 晶体中界面的偏聚与迁移

8.3 晶体中界面的偏聚与迁移 8.3.3影响界面迁移的因素 (1) 温度
晶界迁移率B与扩散系数D之间的关系为：
B＝D/kT ≈B0 e(-Q/kT) (2) 溶质或杂质原子 少量溶质或杂质原子就会对晶界迁移率产生显著的影响。
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
锡对铅晶界迁移速度的影响
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移 (3) 第二相颗粒
当晶界上存在第二相颗粒时，这些颗粒往往对晶界迁移都是起一种阻碍作 用。假设第二相为半径为r的球形颗粒，晶界的界面能为γ： 在图中A点，为保持张力平衡，可得第二相对晶界的阻力为：
F＝2rcosq•gsinq＝rgsin2q
当q=45°时达到最大： Fmax＝rg＝3fg/2r 可见，第二相体积分数f越大、颗粒尺寸r越小，对晶界迁移的阻力越大。 当这个阻力与晶界迁移动力相等时，晶界迁移就停止了，此时晶粒尺寸D为极 限尺寸，即： 3fg/2r＝2g/D
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
8.3.2 界面迁移驱动力 考虑一个曲率半径为r的圆柱界面面积元，设界面能为r，则界面上的力 为r，则界面上的力为rl。 则指向曲率中心的分力为：2glsin(dq/2) 考虑θ 很小时，有：2glsin(dq/2)＝gldq 当界面保持平衡时，界面凹侧压力应大于凸 侧，界面两侧压力差值为DP， 则： gldq＝DPlrdq 所以： DP＝g/r 而对任意曲面，则有： DP＝g(1/r1+1/r2) 由热力学原理，在恒温时： dm＝VdP 则： m1－m2＝VDP 通过以上分析可见，晶界曲率是晶界迁移的驱动力，界面总是向凹侧 推进，单相合金三叉晶棱上之角为120°。
所以： D＝4r/3f
第二相颗粒对铅晶界迁移速度的影响
8.4 界面与组织形貌 8.4.1单相组织形貌 每一个晶粒都是由界面（晶界或表面）围成的多面体， 一般的规律是：在平衡时，两个晶粒相遇于1个晶面，3 个晶面相遇于1条晶棱，4个晶粒相遇于1点（晶粒角隅）， 即1个晶面由2个晶粒共有，1个晶棱由3个晶粒及3个晶面所 共有，一个晶粒角隅由4个晶粒，4个棱，6个晶面所共有。
8.4 界面与组织形貌 8.4.1单相组织形貌
8.4 界面与组织形貌
8.4 界面与组织形貌
8.4 界面与组织形貌
8.4.2复相组织形貌
一、晶粒内部的第二相 当界面能量最小时，第二相就可以达到其稳定形貌。
二、晶界上的第二相
g 2g cos
q
2
8.4 界面与组织形貌 晶界与晶棱上第二相的形状
8.4 界面与组织形貌 不同θ 角下的第二相分布
溶质原子在晶界与 在晶内的自由焓差
溶质平衡浓度
可见，晶界偏析随溶质的平衡浓度增加而增加。溶质原子在静态晶界中偏析的程度和它在溶剂中的溶解度有关。
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移
左图为一些合金系中的溶质溶 解度与它在晶界中的富化程度间的 关系。从图中可以看出，溶解度低 的溶质原子在晶界偏析的程度大。 随温度增加，由于溶质原子 在晶内和在晶界的能量差别减小， 即Δ G减小，晶界偏析也减弱。 原子在晶界富集对材料很多物 理化学现象起重要作用：晶界硬化 、不锈钢的敏化、晶界腐蚀、粉末 烧结过程、回火脆性。
8.3 晶体中界面的偏聚与迁移 8.3.2 界面迁移驱动力 晶界迁移：晶界在其法线方向上的位移，从微观上看， 是通过晶粒边缘上的原子向其邻近晶粒的跳动实现的。 设a为一曲面晶界上的原子，其受晶界两侧晶粒1、2中原 子作用力，由于其周围2类原子多余1类原子，所以若a有足够 动力，将跳入2，结果晶界就会想1方向移动，即曲率中心方 向，明显地，当晶界处于平直状态时，将停止迁移。
材料的表面与界面
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4 5 基础知识 晶体中的界面结构 晶体中界面的偏聚与迁移
界面与组织形貌
高聚物的表面与面张力 复合体系的界面结合特性 材料的复合原理
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8.3 晶体中界面的偏聚与迁移 8.3.1 晶界平衡偏析
一般地，晶界结构比晶内松散，溶质原子处在晶内的能量比处在晶界的能量要 高，所以溶质原子有自发地向晶界偏聚的趋势，就会发生晶界偏析。 这种偏析是系统能量降低，它是一种平衡偏析。