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回顾剪切耦合的110模式和111模式

已有 512 次阅读 2021-4-16 10:34 |系统分类:科研笔记


<110>模式的原子机理:

  以61.93°GB,17(530)为例。

  在晶格中,存在两种结构单元,B和C,而GB上的结构单元被认为是A,对于该锯齿状GB,每个GB结构单元A附近都有一个结构单元B,在该模式中,通过原子的平面内的微小移动,实现结构单元B转变为A,而原来的A转变为B。如果这种转变发生在GB上的每一个结构单元中,则整个GB向下移动一个step,而上层晶粒会向右移动,以适应结构单元的变形。图b是该过程的过渡状态。

  这样的类似的转变发生在每一个以<110>模式迁移的GB中,不同的是结构单元A和B的相对位置不同而已。

  对于有平面堆叠的结构单元A的GB中,A-B的转换同时发生在所有这样的单元中。

  对于接近于90°的小角度GB,这样的机理代表着,一组-1/2[110]晶格位错沿着(-110)面的移动,在位错核内发生的A-B的转换代表了位错滑移的基本的step。

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一个典型的<100>GB迁移的原子机理:

以18°37(610)GB为例,

  考虑与结构单元A互锁的单元C,通过平面内及平面外的原子移动,结构单元C可以转变为A , 序号为1的那列原子沿着倾斜轴平移+-a/2的距离,以及同时发生的两个单元的小的变形,从而发生GB的迁移。由于原子行1的平移,(即,沿垂直纸面的方面,正向或负向移动a/2的距离,是对称等效的)是对称等效的,因此,该机理不能够在0K下开动,而有限温度下可打破该对称性,并且激活这个<100>滑移机理。据说是因为,0K下没有原子热震动,因此在应力的作用下,原子行向前向后都不会移动,因为原子行受到的前后的力大小是相等的,但是如果有热震动,那么原子震动,偏离平衡位置,则会被应力牵引到a/2或-a/2的位置,因此可以开动该机理。

  对于小倾侧角的小角度GB,这个机理等效于[100]位错组沿着(010)面的协同滑移。要注意,位错核心沿滑移方向每次滑移一个1/2[100]向量。该运动可以被更好的理解,如果我们认为[100]位错可以解离为1/2[101] 和1/2[10-1],每次通过子位错而移动,两个子位错都有平行于倾侧轴的螺旋分量,因此其运动会涉及到原子排的shuffling。哪个位错在先,哪个位错在后,是两种对称等效的可能性。该选择对应了原子行的移动。

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  所有这些机制的共同想法是,当结构单元被移动的GB超越时,它们会经历扭曲。这些扭曲有三个组成部分:局部原子位移、构成单位的原子团的旋转以及它们的质心的平移。结构单元首先变成GB单元A,随着GB的移动,扭曲继续,直到单元最终转换回移动GB后面留下的网格单元。从C变为A或从B变为A.

  这个新的结构单元相对于初始单元具有不同的位置和方向。此外,单位内原子还有顺时针或逆时针(取决于应力的意义)循环排列。重要的是,这种机制不需要扩散。在0 K时,只需要达到临界应力。有限温度下的热激活允许该机构在较低应力下运行。对于低角度GBs,原子洗牌仅在晶格单元被移动的位错核超越时发生。位错之间的单元只经历小的弹性应变和旋转。

  对所有GB结构的检查表明,网格单元B和C存在于任何GB单元A的旁边。因此,纯几何单位转换可以通过这两种机制中的任何一种来进行。实际操作机构是临界应力较小的机构. 然而,事实上是,任何GB在结构上“准备好”以两种耦合模式中的任何一种模式移动,对于理解GB的双相行为和耦合因子的多值特性是至关重要的。

  双相行为的来源,事实上是<100>模式的激活需要打破镜像对称性,而镜像对称性阻碍了原子行的平移(向里或外)。在低温下打破这种对称性需要大量的时间,对MD快照的检查表明,变到<100>模式的转换不会发生,除非GB结构发展出steps,ledges, 和其他缺陷。这些缺陷可以协助打破对称性。

  实际上,这样的转换不太可能在一个大的GB区域的所有单元中同时发生,MD结果表明,GB通常是通过在一个小区域内的embryo的形核和发展而发生迁移的,这样的embryo分离开了其他边界,一维缺陷,可被认为是disconnection。临界“胚胎”的形成是一个热激活过程,既可以自发发生,也可以由外加剪切应力驱动。在临界应力水平下,成核活化屏障被消除,边界迁移变得不热。应该注意的是,断开回路仅在模拟块横向尺寸较大的纵向模拟中观察到。在小块中,边界位移在整个GB区域上均匀发生。

  




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