Противофазный домен - Anti-phase domain

An противофазный домен (APD) - это разновидность плоских кристаллографический дефект в котором атомы в области кристалла расположены в порядке, обратном атомам в кристалле. идеальная решетчатая система. На протяжении всего APD атомы располагаются в тех узлах, которые обычно занимают атомы разных видов. Например, в упорядоченном сплаве AB, если атом A занимает позицию, обычно занимаемую атомом B, тип кристаллографического точечный дефект называется антисайтовый дефект. 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 родительской решетка. По обе стороны от этой области решетка по-прежнему идеальна, а границы области называются антифазными границами.^[1] Важно отметить, что кристаллы по обе стороны от противофазной границы связаны скорее трансляцией, чем отражением ( хрустальный близнец ) или инверсия (an инверсионная область ).

Механизм

Эти плоские дефекты похожи на дефекты укладки в том, что они часто создаются в результате скольжения атомных плоскостей и движения дислокаций, но степень трансляции варьируется. При дефектах упаковки область рассогласования упаковки ограничена двумя частичными дислокациями, и расширенный вывих сформирован. Для противофазных доменов, которые демонстрируют только химический беспорядок, область ограничена двумя сложными дефектами упаковки, которые проявляют как упаковку, так и химический беспорядок.^[1] 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 того как поверхностная энергия противофазной границы увеличивается, 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 супердислокация, 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.^[2]

Рисунок 2: Граница в противофазе, созданная четырьмя частичными дислокациями (1,2,3,4), окруженными сложными дефектами упаковки. Вне этих затененных областей кристалл идеален.^[1]

Укрепление порядка

Упрочнение порядка, вызванное взаимодействием дислокаций с упорядоченными выделениями, образующими противофазные границы по мере движения дислокаций по кристаллу, может привести к значительному увеличению прочности и сопротивления ползучести. По этой причине упрочнение порядка часто используется для обеспечения устойчивости к высокотемпературной ползучести. суперсплавы используется в лопатках турбин.^[2]

Противофазные домены несут с собой штраф за поверхностную энергию по сравнению с идеальной решеткой из-за их химического беспорядка, и наличие этих границ препятствует вывих движение по всему кристаллу, приводящее к увеличению прочности при напряжении сдвига. На рисунке 3 ниже показан процесс распространения краевой дислокации через упорядоченную частицу. По мере того как дислокация движется по частице, плоскости решетки смещаются от их равновесной конфигурации, и связи A-A и связи B-B образуются по всей плоскости скольжения. Это формирует более высокое энергетическое состояние, чем по сравнению с равновесной конфигурацией связи A-B, и изменение энергии называется энергией противофазной границы (APBE). Это может увеличить степень усиления, создаваемого осадочное твердение, что затрудняет разрезание и вместо этого увеличивает вероятность того, что Орован наклонится вокруг осадка.^[1]

Рисунок 3: Процесс движения краевой дислокации через упорядоченный осадок. На (а) показана идеально упорядоченная частица. На рисунке (б) дислокации прошли через часть частицы. На (c) дислокация выходит из осадка, что приводит к увеличению поверхностной энергии за счет увеличения площади поверхности и конфигурации связи с более высокой энергией.^[1]

Упрочнение порядка часто характеризуется отношением энергии притягивающей противофазной границы (APBE) к энергии отталкивающей дислокации (Gb): ${ displaystyle epsilon _ {ord} = { frac {APBE} {Gb}}}$. Степень упрочнения порядка зависит как от этого соотношения, так и от того, находится ли сплав на ранней или поздней стадии выделения. Когда ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$ Низкая, ведомая дислокация движется далеко за ведущими дислокациями, что приводит к раздельному вырезанию выделений, как показано на рисунке 4a. В качестве альтернативы, когда ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$При высоком значении 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:

${ displaystyle tau _ {ord} около 0,7 г ( epsilon _ {ord}) ^ {3/2} ({ frac {fr} {b}}) ^ {1/2}}$ для низкого ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$ или же

${ displaystyle tau _ {ord} около 0,7 г [( epsilon _ {ord}) ^ {3/2} ({ frac {fr} {b}}) ^ {1/2} -0,7 epsilon _ {ord} f]}$для высоких ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$где G - модуль сдвига, f - объемная доля выделений, r - радиус выделения, b - вектор Бюргерса дислокации.

На более поздних стадиях выпадения осадков аналогичные выражения имеют вид:

${ displaystyle tau _ {ord} приблизительно 0,44 г ( epsilon _ {ord}) f ^ {1/2}}$ для низкого ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$или же

${ displaystyle tau _ {ord} приблизительно 0,44 г ( epsilon _ {ord}) [f ^ {1/2} -0,92f]}$для высоких ${ displaystyle epsilon _ {ord}}$.^[1]

Рисунок 4: Движение дислокации вокруг выделений.^[1]

Примеры из литературы

Путаница между инверсионными доменами и противофазными доменами часто встречается 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 в диаграмма ниже.^[3]

Рис. 4. Выделенная область, показывающая область инверсии, ошибочно называемую противофазной, в GaAs на Si.^[4]

Заштрихованная область B представляет собой пример APD. На рисунке GaAs выращен на разориентированной поверхности Si (подробности здесь не обсуждаются). В дезориентация заставляет атомы Ga и As в области B находиться в противоположных узлах 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 может происходить в результате упорядочения зарядов, даже если нет изменений в расположении атомов.^[4] Например, реконструированная поверхность магнетита (100) содержит чередующиеся Fe^II пары и Fe^III пары в первом подповерхностном слое.^[4] Граница противофазного домена может образоваться, если два подповерхностных Fe^II пары встречаются, когда две террасы срастаются.^[4]

Рекомендации