Bliźniaki, granice bliźniacze

• Jeżeli struktura krystaliczna jednej części kryształu jest

lustrzanym odbiciem w pewnej płaszczyźnie
krystalograficznej, zwanej płaszczyzną bliźniakowania,
drugiej części, to takie części kryształu nazywamy
bliźniakami.

• Wyróżnia się dwa typy bliźniaków:

– Bliźniaki wyżarzania, powstają w wyniku zaburzenia

sekwencji ułożenia płaszczyzn atomowych podczas wzrostu
ziarn.

• <Schemat bliźniakowania> równolegle ułożone atomy,

pozginane w zygzak.

• Płaszczyzny zgięcia fazy to płaszczyzny bliźniakowania.

Bliźniaki

Bliźniaki występują dość często w
metalach i stopach:

• W wyniku odkształcenia plastycznego
• Wyżarzania (rekrystalizacji).
• <zdjęcie> Bliźniaki wyżarzania w

miedzi.

Bliźniaki odkształcenia

• Bliźniaki odkształcenia

(mechaniczne) mogą się tworzyć w
metalach o dowolnej strukturze.

• Sprzyja im duże ziarno, niska

temperatura, duża szybkość
odkształcenia.

• <zdjęcie> Bliźniaki odkształcenia w

tytanie a; odkształcenie 10%.

Granice wąskokątowe

• Granice wąskokątowe powstające w miejscu zetknięcia podziarn,

charakteryzują się niewielkim kątem dezorientacji krystalicznej, mają
budowę dyslokacyjną.

• <rysunek> Schemat wąskokątowej granicy daszkowej o kącie

dezorientacji (duże o z poziomą kreską w środku) theta (według W.T.
Reada).

• Theta = b/d.
• Granice wąskokątowe daszkowe łączą kryształy o wspólnym

kierunku krystalograficznym równoległym do granicy.

• Granice wąskokątowe skrętne powstają w miejscu połączenia

kryształów o wspólnym kierunku prostopadłym do granicy.

• B-długość wektora burgersa.
• D – odległość między dyslokacjami.
• Granice wąskokątowe są to nałożone na siebie granice daszkowe i

skrętne.

Granice szerokokątowe

• Granice szerokokątowe charakteryzują się dużym kątem

dezorientacji krystalicznej ziarn (powyżej 20o).

• Budowa granic szerokokątowych jest bardzo złożona i nie w

pełni zbadana.

• <rysunek z granicą ziarn i miejscami koincydentne>
• W strefie granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla

wnętrza ziarn jest zaburzone.

• Granica szerokokątowa nie jest płaska, lecz zawiera liczne

dyslokacje, bliźniaki oraz wybrzuszenia i występy (protuzje).

• Miejsca koicydentne – supersieć tj. nakładanie sieci

sąsiadujących ziarn.

• Schemat typowej szerokokątowej granicy koincydeentnej przy

kącie dezorientacji omega = 22o wywołanym obrotem wokół
osi [111] (wg. M.L. Kronberga, F.H. Wilsona, R.W. Cahana).

Granice międzyfazowe i

koherencja

• Granice miedzy ziarnami różnych faz są nazywane granicami

międzyfazowymi.

• W technicznych stopach występują najczęściej dwie fazy.
• Granice międzyfazowe, oddzielające fazy, różniące się parametrami i

typem sieci.

• Granice międzyfazowe można podzielić na:

– koherentne,
– półkoherentne,
– niekoherentne.

• <rysunek Faza I regularna, Faza II romboedryczna, pomiędzy nimi

znajduje się granica faz)

• Koherentna granica międzyfazowa – wspólne atomy na granicy faz.
• Koherentność – spójność.
• Atomy na płaszczyźnie styku faz należą równocześnie do sieci jednej i

drugiej fazy.

Granice międzyfazowe i

koherencja

• Międzyfazowe granice koherentne

(spójne) charakteryzują się dobrym
dopasowaniem sieci sąsiadujących
faz (rys. a).

• Schemat granicy międzyfazowej

koherentnej.

Międzyfazowe granice niekoherentne (rys. b),

półkoherentne (rys.c).

• Częściowe dopasowanie wykazują

granice półkoherentne, cechujące się
występowaniem dyslokacji na
granicy (rys. c).

• Schemat granicy międzyfazowej

niekoherentnej

• Schemat granicy międzyfazowej

półkoherentnej.

Ułożenie atomów w

kryształach

• Materiały inżynierskie (prawie

wszystkie metale i ceramiki) są
zbudowane z małych kryształów, w
których atomy są ułożone według
regularnie powtarzających się
trójwymiarowych wzorów.

Ułożenie atomów w

kryształach

• Struktury gęstego ułożenia i energia kryształów
• Zakładamy, że atomy są sztywnymi kulami.
• Kule są ułożone w trójkąt, tak aby zajmowały na powierzchni jak

najmniej miejsca.

• Płaski układ kul odtwarza płaszczyznę gęstego ułożenia i zawiera

trzy kierunki gęstego ułożenia.

• <Rysunek kul ułożonych w bilardowy trójkąt>.
• Kierunki gęstego ułożenia -><- (linie przedłużyć, by powstał pa

linia z pochylonym krzyżem).

• Płaszczyzna gęstego ułożenia A.
• Kule tworzą – regularny, powtarzający się, dwuwymiarowy wzór.
• Umieszczając atomy po polei w zagłębieniach, możemy utworzyć

kolejną płaszczyznę gęstego ułożenia, mającą identyczny wzór
jak pierwsza.

Struktury ułożenia i energia

kryształów

• <rysunek ułożenia na sobie trójkątów kul bilardowych>
• Warstwa B na warstwie A daje ułożenie ABABAB… lub HZ (heksagonalna

zwarta)(74% objętości to atomy).

• Na pierwszą warstwę możemy dodać drugą, trzecią, czwartą warstwę i

tak dalej, dopóki nie utworzy się kawałka kryształu o znacznych
wymiarach – ujawniającego trójwymiarowy, powtarzalny wzór
układu atomów.

• <rysunek ułożenia na sobie trzech warstw trójkątów kul bilardowych>
• Warstwa C na warstwach A i B daje ułożenie ABCABC lub RSC (regularna

ściennie centrowana).

• Ta struktura ma tę właściwość, że atomy zajmują w niej najmniejszą

możliwą objętość dlatego jest nazywana strukturą gęstego ułożenia,
o najmniejszej energii kryształu (74% objętości to atomy).

• ABAB (HZ) i ABCABC (RSC) mają taką samą gęstość ułożenia atomów

74%.

Struktury gęstego ułożenia

• <rysunek> Warstwa nie

najgęstszego upakowania A
(równoległe do siebie atomy, z
przestrzenią pomiędzy atomami).

• Warstwa B na warstwie A daje

ułożenie ABABAB… lub RPC (68%).

Struktura amorficzna

• <rysunek ułożenia atomów bez

porządku> Niekrystaliczna warstwa
A.

• <rysunek dwóch warstw A>

Struktura amorficzna lub
niekrystaliczna.

Sekwencje ułożenia płaszczyzn

atomowych – ENERGIA KRYSZTAÓW

• Istnieją różne sekwencje ułożenia płaszczyzn gęstego

upakowania, gdy je układamy jedne na drugich.

• A B C A B C… (RSC)
• A B A B … (HZ) … (RPC)
• Te różne sekwencje układania płaskich warstw prowadzą do

powstania różnych trójwymiarowych struktur:

• Regularnej przestrzennie centrowanej (RPC),

– Regularnej ściennie centrowanej (RSC),
– Heksagonalnej zwartej (HZ).

• Nieprawidłowa kolejność ABCBABCA … powstająca przez

wtrącenie warstwy B między warstwy C i A nazywa się
błędem ułożenia.

• Każdy kryształ wybiera taką strukturę, która daje

minimum energii.

Przykład – bliźniaki

wyżarzania

• W strukturze krystalicznej RSC

(miedź, stal austenityczna) płaszW
strukturze RSC płasczyzną
zbliźniaczenia struktury jest
płaszczyzna {111}.

• <rysunek> Bliźniaki wyżarzania w

miedzi.