В монографии изложены современные представления о физике индивидуальных большеугловых границ зёрен — их структуре, термодинамических (сегрегация примесей, фазовые переходы) и кинетических (диффузия) свойствах. Большое место уделено экспериментальным методам исследования границ, а также методам численного моделирования. Подробно обсуждена роль индивидуальных границ зёрен и тройных стыков в процессах диффузии в конструкционных материалах и процессах рекристаллизации.

Монография адресована исследователям, специализирующимся в области физики металлов и материаловедения.

Ил. 117. Табл. 15. Библиогр.: 498 назв.

Среди материальных потребностей развитого общества первостепенную роль играют потребности в материалах и энергии. По мере истощения естественных сырьевых ресурсов возрастает потребность в новых материалах, и в обществе, вступившем на интенсивный путь развития, задача совершенствования существующих материалов и создания новых становится исключительно актуальной. Причём новые материалы должны обладать очень широким спектром самых разнообразных свойств и стабильно их проявлять в самых различных условиях, при экстремальных значениях таких параметров, как давление, температура и многие другие.

В этом смысле наличие в материалах, в частности в металлических, внутренних поверхностей раздела — границ зёрен, межфазных границ — имеет очень большое значение. В известной цепочке химический состав — фазовый состав — структура — свойства внутренние поверхности являются важнейшим элементом структуры, от которого зависят уровень свойств и их стабильность. Соответственно они определяют многие эксплуатационные свойства металлических поликристаллов: механические (прочность, пластичность), электрические, магнитные, коррозионную стойкость, играют решающую роль в явлениях отпускной и жидкометаллической хрупкости, рекристаллизации, сверхпластичности и др., т. е. в конечном счёте от них зависят качество материала, его надёжность и долговечность. В последние годы роль границ зёрен и межфазных границ выдвигается на первый план в материалах новой техники, в частности в материалах тонкоплёночной металлизации для элементной базы сверхбольших интегральных схем.

Признание роли, которую играют внутренние поверхности раздела, привело к необходимости исследования их структуры, термодинамических свойств (поверхностного натяжения, сегрегации примесей), кинетики процессов: диффузии, миграции и др. Совокупность этих исследований составила содержание целого раздела физики твёрдого тела — физики внутренних поверхностей раздела, прежде всего границ зёрен.

Первые результаты в физике границ зёрен были получены на поликристаллах, где они по необходимости носили усреднённый характер, относясь к некоей «усреднённой» границе. Эти результаты заложили фундамент здания, позволили накопить много полезных данных (до настоящего времени — преобладающую часть) и выработать многие полезные практические рекомендации. Однако наибольшие успехи в понимании устройства границ зёрен — их структуры и связи между структурой и свойствами границ — были достигнуты при исследовании индивидуальных границ зёрен в бикристаллах особо чистых материалов, т. е. объектов, аттестованных в кристаллографическом, геометрическом и химическом отношениях. В процессе этих исследований, развивавшихся в основном на протяжении последних 20 лет, были получены такие важные результаты, как экспериментальное доказательство существования специальных высокоупорядоченных границ, многочисленные связи между свойствами границ зёрен и их структурой (специальным границам соответствуют минимумы энергии, диффузионной проницаемости, максимумы подвижности), был обнаружен эффект отрыва движущейся границы от примеси, эффект безактивационного движения границ зёрен (для специальных границ в высокочистых бикристаллах) и др.

Эти успехи связаны с двумя обстоятельствами, которые также необходимо упомянуть. Во-первых, это методические достижения: методика выращивания ориентированных бикристаллов, методы получения особо чистых веществ, методы определения химического состава, обладающие разрешением по глубине порядка межатомного, методы исследования диффузии по границам зёрен, миграции границ и т. д. Во-вторых, это достижения в области вычислительной деятельности, сыгравшие большую роль как в моделировании структуры границ, так и в реализации упомянутых выше экспериментальных методов.

Несмотря на значительные успехи, в физике границ остаётся много белых пятен, так что задача накопления экспериментальных данных по-прежнему актуальна и много неясных моментов, требующих понимания [предложение приведено без изменения, как в книге — КП]. К таковым можно отнести структуру границ общего типа, проблему зернограничных фазовых переходов, механизм диффузии по границам зёрен и многие другие. Всё большее значение приобретает задача синтеза свойств поликристаллов по свойствам индивидуальных границ.

Предлагаемая вниманию читателей — исследователей, специализирующихся в области физики металлов и материаловедения, — коллективная монография объединена темой [предложение приведено без изменения, как в книге — КП]. Она посвящена рассмотрению структуры, методов изучения и свойств большеугловых границ зёрен в металлах, а также кинетики процессов, протекающих на границах зёрен либо с их участием…

ПРЕДИСЛОВИЕ
Б. С. БОКШТЕЙН

Книги на ту же тему

1. Фазовые переходы на границах зёрен, Страумал Б. Б., 2003
2. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: Эксперимент, теория, технологии, Мулюков Р. Р., Имаев Р. М., Назаров А. А., Имаев М. Ф., Имаев В. М., ред., 2014
3. Введение в физику поверхности, Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А., Зотов А. В., Катаяма М., 2006
4. Химическое состояние и атомная структура поверхности г.ц.к. металлов в реакции взаимодействия с галогенами, Конов В. И., Ельцов К. Н., ред., 2003
5. Химическая физика поверхности твёрдого тела, Моррисон С., 1980
6. Выставка-коллекция веществ особой чистоты, Девятых Г. Г., Карпов Ю. А., Осипова Л. И., 2003
7. Диффузионные цинковые покрытия: свойства, области применения: Справочник, Проскуркин Е. В., Геловани В. А., Сонк А. Н., 2017
8. Теория, технология и оборудование диффузионной сварки: Учебник для вузов, Бачин В. А., Квасницкий В. Ф., Котельников Д. И., Новиков В. Г., Полушкин Г. П., 1991