粒界とは

固体材料の外側を研磨してから酸でエッチングすると、光学顕微鏡を通してその表面に線を見ることができます。 これらの線は、粒界、または粒子の外側の端をマークする線であり、材料が液体から固体に冷却されるときに形成される結晶のような形状です。 粒子を形成しない固体はアモルファスと呼ばれます。これは、それらを構成する原子が結晶固体のようにパターンに組織化されないためです。

結晶性材料の粒子は、水が凍結するときの雪片の結晶のように形成されます。 液体が凍結する前に、他の液体よりも冷たい場所が内部にあります。 穀物は、これらの部位から外側に向かって成長し、別の穀物に到達して停止します。 互いに向かって成長している穀物の間の液体がすべて固体に凍結すると、成長が停止すると、穀物の境界が形成されます。

結晶性固体の良い例は、金属と合金です。 特性を金属に設計する冶金学者は、さまざまな用途で金属の機能を変化させるには粒界が重要であることを発見しています。 穀物とその境界のサイズと形状は、異なる速度で金属を加熱および冷却するか、室温で衝撃を受けて圧縮することにより穀物を冷間加工して薄くすることで変更できます。

金属の特性を変化させるために、十分な熱にさらされるため、粒界が溶解して再形成されます。これはアニーリングと呼ばれるプロセスで、冷却速度が遅いほど、形成される粒子サイズが大きくなります。 金属部分に応力がかかると、転位と呼ばれる金属の原子層の欠陥と穴が、粒内から粒界に向かって移動します。 金属が急速に冷却されると、結晶粒は成長する時間が短くなり、結晶粒が小さくなり、転位が抵抗境界と合い、金属に強度を追加します。たとえば、小粒鉄合金です。 金属がゆっくりと冷却されると、結晶粒は大きくなります。これは、転位がより大きな穴や亀裂の開始を引き起こすことなく境界に向かって移動する時間が長くなるためです。 銅やアルミニウムなどの金属には、延性があり、伸びやすく、割れが遅い大きな粒子が見られます。

粒界とは、化学汚染物質による腐食による攻撃と、やがて金属部品の破損または破損を引き起こす可能性のある強制的な亀裂成長の両方に対してより脆弱な穀物の表面上の領域です。 小さな粒子を含む金属は、大きな粒子の金属よりも強くなる傾向がありますが、境界で亀裂が発生する可能性が高くなり、脆くなり、警告なしに破損する傾向があります。 ジェットで使用されるアルミニウム合金など、粒界に転位がほとんどない延性金属部品の亀裂は、ゆっくりと成長します。 それらを時間をかけて安全に追跡して、金属部品の寿命を予測したり、金属部品が正常に機能しなくなるまでの時間を予測したりできます。