共格界面
界面上的原子同时处于两相晶格的节点上,为相邻两晶体所共有的这种相界
两相界面上,原子成一一对应的完全匹配,即界面上的原子同时处于两相晶格的节点上,为相邻两晶体所共有,这种相界称为共格界面。
相界
相界是由结构不同或结构相同而点阵参数不同的两块晶体相交接而形成的相的界面。沉淀相与基体间、外延层与衬底间、马氏体与母相间的界面均为相界。其中,两晶相间无一定位相关系者称非共格相界;两晶相同保持一定位相关系,且沿界面有相同或相近原子排列者,称共格或准共格相界。C.S.史密斯曾经对非共格相界的能量进行过估计,结果表明其量级不大于大角度晶界。
按结构特点,相界面可分为共格相界、半共格相界和非共格相界三种类型。
共格界面定义
若两相晶体结构相同、点阵常数相等,或者两相晶体结构和点阵常数虽有差异,但存在一组特定的晶体学平面可使两相原子之间产生完全匹配。此时,界面上原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置,界面上原子为两相所共有,这种界面称为共格界面。
研究情况
共格界面作为一个非常简化的界面模型,已经有许多理论工作开展,来研究界面构型和界面取向对界面性质的影响。具有代表性的工作是Kohyama小组和Freeman小组分别作出的。Kohyama等把第一原理分子动力学方法分别应用到β-Si C(001)/Al和β-Si C(001)/Ti体系,研究了共格界面的弛豫结构,电荷分布,局域态密度(LDOS),计算了肖特基势垒(SBH)的理论值 。 之后 , 作为一个系列的工作,他们又用相同的方法研究了β-SiC(111)/Al和β-SiC(111)/Ti体系,发现(111)取向的界面在粘合,成键以及肖特基势垒等性质上都与(001)界面有差异。Freeman等做了更为细致的工作,他们用全线性缀加平面波(LAPW)方法研究了Ni/β-SiC(001)界面。鉴于Ni与SiC有很大的失配度(约22%),他们采用了两个不同的模型。其一是单层Ni直接与SiC共 格 匹 配 (此 时Ni在 平 行 于 界 面 方 向 被 拉 伸); 其 二 是2×2Ni /β −SiC(100)(此时Ni在平行于界面方向被压缩)。计算表明,两者的界面结合功都很高,但互相之间差别不大。但是,这两种模型中Ni所处的不同应力状态会影响到SBH的理论值。
基于共格模型的第一原理计算使得人们能在原子电子尺度了解界面的成键机理,并能够定量地分析粘合能、电子结构等一系列重要的性质,这是一个飞跃性的进步。
界面能的计算
离散点阵平面(DLP)模型是计算完全共格界面能的一个经典模型,最初提出这个模型主要是针对结构相同、取向一致但浓度不同的两相之间的共格界面问题。Ramanujan等对模型作了一定的完善,使之能够计算具有不同结构的两相共格界面能。当浓度有较明显差别时,考虑了界面区的扩散;若浓度梯度很小,则采用了近似的处理方法,忽略界面扩散的影响,这是对DLP模型的一个重要补充。
Fe-Mn-基合金中相变主要依赖于层错形核机制,其界面完全共格,马氏体相变的切变特性决定了界面两侧马氏体相和母相有相同的化学成分,所以现有的模型在计算这种合金的共格界面能时有一定困难。万见峰等在前人工作的基础上对模型进行了改进,并分析了Fe-Mn-Si基合金的共格界面能。
研究发现,改进后的DLP模型将多元体系的共格界面能计算建立在二元体系的基础上,可以有效地处理多元置换型合金中如马氏体与奥氏体这类化学成分相同而结构不同体系的共格界面能。结果表明,合金的共格界面能约为 ,并随温度的增加而增加,这与温度对合金层错能的影响相同。Fe-Mn-Si基合金的层错能一般只有几个,与计算结果符合得很好。合金成分对共格界面能有不同的影响,Mn增加合金的共格界面能,Si的作用相反,且Si的影响更大.这也与这2种元素对Fe-Mn-Si合金层错能的影响规律一致。
其他界面
半共格相界:若相邻晶体在相界面处的晶面间距相差较大,则在相界面上不可能做到完全的一一对应,于是在界面上将产生一些位错,以降低界面的 弹性应变能,这时界面上两相原子部分地保持匹配,这样的界面称为半共格界面或部分共格界面;
非共格相界:当两相在相界面处的原子排列相差很大时,只能形成非共格界面。
参考资料
最新修订时间:2022-08-26 10:48
目录
概述
相界
共格界面定义
参考资料