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生长台阶

发布时间:2023-09-15 14:18:24

生长台阶

生长台阶,是弗兰克于1949年将位错与晶体生长动力学联系起来而产生的一种科学技术。最初考虑的是一个与生长界面垂直相交的螺型位错,后来又把这个模型推广到具有与生长界面垂直的永不消失的柏格斯矢量分量的其他一切位错。这些位错的性质由生长界面与柏格斯矢量的排列方向决定,往往是混合型的。每个这种类型的位错都带有一个表面台阶,这个表面台阶可大大促进晶体生长或反过来使晶体瓦解。

生长台阶简介

生长台阶是弗兰克于1949年将位错与晶体生长动力学联系起来而产生的一种科学技术。它最初考虑的是一个与生长界面垂直相交的螺型位错,后来又把这个模型推广到具有与生长界面垂直的永不消失的柏格斯矢量分量的其他一切位错。这些位错的性质由生长界面与柏格斯矢量的排列方向决定,往往是混合型的。每个这种类型的位错都带有一个表面台阶,这个表面台阶可大大促进晶体生长或反过来使晶体瓦解。

生长台阶合金中贝氏体的纳米级生长台阶

贝氏体相变机制是固态相变领域中争论时间最长、分歧最大的问题之一切变和扩散两大学派对此均开展了大量研究工作,所得结果各自不同,观点亦大相径庭。

本世纪60年代,美国学者Aaronson将蒸汽凝聚或液相凝固成晶体的台阶生长机制引入固态相变,建立了扩散控制的台阶长大模型,成功地解释了许多片状相及贝氏体相变的实验现象。迄今,已在许多钢和有色合金的贝氏体中发现了台阶结构,为扩散机制提供了实验依据。但以往的实验观察大都限于贝氏体宽面上的大尺度巨型台阶,台阶高度均在100nm左右,其可动性受到切变派的怀疑,而贝氏体前沿的台阶结构观察则未见报道。此外,由于贝氏体初生态携带了大量表征相变特征的信息,对它的研究也已成为该领域的工作重点。争论的焦点是,初生态贝氏体内是否有层错、孪晶或其它含有切变迹象的缺陷存在。Cu Zn一合金中初生态贝氏体不含层错等缺陷的事实,并在贝氏体的宽面上发现了纳米级生长台阶。为进一步揭示贝氏体的相变特征,对Cu Zn-Al贝氏体初生态尤其是其生长前沿进行了研究,首次观察到了贝氏体片前端一系列与晶胞尺寸(正交结构,其中C=1.91 nm)同一数量级的纳米级生长台阶,为贝氏体相变机制提供了重要的实验依据。

生长台阶贝氏体宽面上的生长台阶

由合金初生贝氏体等厚条纹可以看出,每片贝氏体的宽面上均存在三维台阶,其高度为10nm左右,此外,经双倾台反复倾转,未发现贝氏体内有层错、孪晶或其它缺陷存在,这表明贝氏体在形成初期不是通过切变而可认为是通过台阶机制长大的。

贝氏体与基体间的界面形貌像是利用斑点得到的暗场像。贝氏体的宽面上除存在一个高约80nm的巨型台阶外,其左侧还有一列高度更小的台阶,高度仅2nm左右。

生长台阶生长前端的纳米级台阶

以上考察的是贝氏体宽面上的台阶结构。同样,在贝氏体的生长前端也有一系列的台阶存在。贝氏体除了在宽面上有一列高为2nm左右的台阶外,其生长前端也存在许多台阶。其中两列台阶高度较小,均在10以下,贝氏体的宏观形貌都呈由粗变细状,并且是台阶式的非连续变细,这表明贝氏体的长大台阶是可动的.尤为值得注意的是,巨型台阶的台面A和阶面B上分别有两个小台阶C、D,高度同样为2nm左右。

根据台阶理论,高度为单个原子晶胞的台阶称为结构台阶,它是为改善两相共格程度、降低两相界面能而引入的不可动台阶.尺度大于单个原子晶胞的台阶称为生长台阶,生长台阶是可动的,通过它沿宽面的侧向运动使新相长大。由于以往观察到的生长台阶一般高度较

大,故也称之为巨型台阶。现代台阶理论进一步认为,巨型台阶的台面和阶面均属部分共格或完全共格网,因而都是不可动的,但巨型台阶的阶面上通常存在扭折或小台阶等缺陷,其中扭折的高度为若干原子层尺度,其阶面为非共格,此类非共格阶面是可动的,其运动导致新相的长大。

Cu Zn合金初生态贝氏体的宽面和生长前端均发现有与晶胞尺寸同一数量级的纳米级生长台阶,进一步证实并丰富了正在发展中的贝氏体台阶生长机制。

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