Противофазный домен - Anti-phase domain
Домена противофазе (ЛФД) представляет собой тип плоской дефекты кристалла , в котором атомы в пределах области кристалла сконфигурированы в обратном порядке к тем , которые в идеальной системе решетки . На всем протяжении APD атомы располагаются в тех узлах, которые обычно занимают атомы разных сортов. Например, в упорядоченном сплаве AB, если атом A занимает позицию, обычно занимаемую атомом B, образуется тип кристаллографического точечного дефекта, называемый дефектом антиструктуры. Если вся область кристалла перемещается так, что каждый атом в области плоскости атомов находится на своей антисайте, образуется противофазный домен. Другими словами, APD - это область, образованная антиструктурными дефектами исходной решетки . По обе стороны от этой области решетка все еще идеальна, и границы области называются антифазными границами. Важно отметить, что кристаллы по обе стороны от противофазной границы связаны трансляцией, а не отражением ( кристаллический двойник ) или инверсией (область инверсии ).
Механизм
Эти плоские дефекты похожи на дефекты упаковки в том, что они часто возникают из-за скольжения атомных плоскостей и движения дислокаций, но степень трансляции варьируется. При дефектах упаковки область рассогласования упаковки ограничивается двумя частичными дислокациями, и образуется протяженная дислокация . Для противофазных доменов, которые демонстрируют только химический беспорядок, область ограничена двумя сложными дефектами упаковки, которые проявляют как упаковку, так и химический беспорядок. Таким образом, для полного восстановления порядка кристалла требуется 4 частичных дислокации. Это можно увидеть на рисунках 1 и 2 ниже. Ширина этих областей определяется балансом сил между отталкиванием одноименных частичных дислокаций и поверхностной энергией областей. По мере увеличения поверхностной энергии противофазной границы степень разделения между частичными дислокациями будет уменьшаться для компенсации.
Рисунок 1: На этом рисунке изображены два слоя атомов в кристалле Ni3Al, бинарном сплаве, который часто имеет противофазные границы. В целях визуализации атомы в нижнем слое показаны крупнее, чем в верхнем слое, но на самом деле это не так. Смещение верхнего слоя можно разбить на два этапа, обозначенных маленькими стрелками 1 и 2. (b) Частичное скольжение верхнего слоя коротким вектором 1 приводит к образованию сложного дефекта упаковки. (c) Полное скольжение верхнего слоя с величиной сдвига, заданной единичным сдвигом решетки (1 + 2), приводящее к образованию противофазной границы. Если верхняя плоскость проскальзывает на два полных шага решетки (1, 2, 3 и 4), образуется сверхдислокация, и это требуется для восстановления идеальной кристаллической структуры. Ожидается, что эта супердислокация, состоящая из двух совершенных трансляций решетки, диссоциирует на четыре различных частичных дислокации, по две на каждой стороне.
Рисунок 2: Граница в противофазе, созданная четырьмя частичными дислокациями (1,2,3,4), окруженными сложными дефектами упаковки. Вне этих затененных областей кристалл идеален.
Укрепление порядка
Упрочнение порядка, вызванное взаимодействием дислокаций с упорядоченными выделениями, образующими противофазные границы при движении дислокаций по кристаллу, может привести к значительному увеличению прочности и сопротивления ползучести. По этой причине упрочнение порядка часто используется для жаропрочных жаропрочных суперсплавов, используемых в лопатках турбин.
Противофазные домены несут с собой штраф за поверхностную энергию по сравнению с идеальной решеткой из-за их химического беспорядка, а наличие этих границ препятствует движению дислокаций по всему кристаллу, что приводит к увеличению прочности под действием напряжения сдвига. На рисунке 3 ниже показан процесс распространения краевой дислокации через упорядоченную частицу. По мере того, как дислокация перемещается по частице, плоскости решетки смещаются от их равновесной конфигурации, и связи AA и BB образуются по всей плоскости скольжения. Это формирует более высокое энергетическое состояние, чем по сравнению с равновесной конфигурацией связи AB, и изменение энергии называется энергией противофазной границы (APBE). Это может увеличить степень упрочнения, создаваемого дисперсионным твердением , затрудняя резку и, вместо этого, увеличивая вероятность изгиба Орована вокруг осадка.
Рисунок 3: Процесс движения краевой дислокации через упорядоченный осадок. На (а) показана идеально упорядоченная частица. На (b) дислокации прошли через часть частицы. В (c) дислокация выходит из осадка, что приводит к увеличению поверхностной энергии за счет увеличения площади поверхности и конфигурации связи с более высокой энергией.
Укрепление заказа часто характеризуется отношением граничной энергии привлекательным противофазе (АПБЭ) к отталкивающей энергии дислокации (Gb): . Степень упрочнения порядка зависит как от этого соотношения, так и от того, находится ли сплав на ранней или поздней стадии выделения. Когда он низкий, ведомая дислокация движется далеко позади ведущих дислокаций, что приводит к раздельному срезанию выделений, как показано на рисунке 4а. В качестве альтернативы, когда он высокий, ведомая дислокация следует за ведущей дислокацией, что приводит к общему разрезанию, как показано на рисунке 4b. На ранних стадиях выпадения осадков увеличение напряжения сдвига можно выразить как:
для низкого или
для high где G - модуль сдвига, f - объемная доля выделений, r - радиус выделения, а b - вектор Бюргерса дислокации.
![{\ displaystyle \ tau _ {ord} \ около 0,7 г [(\ epsilon _ {ord}) ^ {3/2} ({\ frac {fr} {b}}) ^ {1/2} -0,7 \ epsilon _ {ord} f]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a522214a058baaa34818d1b11db7bbc944184491)
На более поздних стадиях выпадения осадков аналогичные выражения имеют вид:
для низкого или
для высоких .
![{\ displaystyle \ tau _ {ord} \ приблизительно 0,44 г (\ epsilon _ {ord}) [f ^ {1/2} -0,92f]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/880f9facf7921f0840ba82acad06a32ec9f364b3)
Рисунок 4: Движение дислокации вокруг выделений.
Примеры из литературы
Путаница между инверсионными доменами и противофазными доменами является обычным явлением даже в опубликованной литературе, особенно в случае GaAs, выращенного на кремнии. (Подобные дефекты образуются в GaN на кремнии, где их правильно идентифицировать как инверсионные домены). Пример показан на диаграмме ниже.
Рис. 4. Выделенная область, показывающая инверсионную область, ошибочно называемую противофазной, в GaAs на Si.
Заштрихованная область B представляет собой пример APD. На рисунке GaAs выращен на разориентированной поверхности Si (подробности здесь не обсуждаются). Разориентации вызывают атомы Ga и As в области В , чтобы быть на противоположных участках по сравнению с кристаллической матрицей. Присутствие APD приводит к тому, что участки Ga 1, 1 ', 2, 2', 3, 3 'связаны с атомами Ga в APD с образованием APB.
В материалах со смешанной степенью окисления, таких как магнетит, противофазные домены и границы противофазных доменов могут возникать в результате упорядочения заряда, даже если нет изменений в расположении атомов. Например, реконструированная поверхность магнетита (100) содержит чередующиеся пары Fe II и пары Fe III в первом подповерхностном слое. Граница противофазного домена может образоваться, если две подповерхностные пары Fe II встречаются, когда две террасы срастаются.
Рекомендации
- ^ Б с д е е г Courtney, Thomas (2000). Механические свойства материалов . Макгроу Хилл. С. 203–205.
- ^ а б Цай, Никс, Вэй, Уильям (2016). Несовершенство кристаллических твердых тел . Издательство Кембриджского университета. С. 575–577.
- ^ Хотя в журнальной статье, цитируемой ниже, подчеркивается самоуничтожение APB, фотография была сделана как иллюстрация APD.
- ^ а б в г Паркинсон, GS; Manz, TA; Новотный, З .; Спрунгер, ПТ; Курц, Р.Л .; Schmid, M .; Sholl, DS; Диболд, У. (2012). «Границы антифазных доменов на поверхности Fe3O4 (001)» (PDF) . Phys. Rev. B . 85 (19): 195450: 1–7. Bibcode : 2012PhRvB..85s5450P . DOI : 10.1103 / PhysRevB.85.195450 .