1.2.3 晶界的性质

晶界有5个特性，产生其特性的原因在于结构决定性质，晶界上的原子的排列与其晶粒内部原子的排列十分不同，所以与晶粒内部相比，晶界具有一些特殊的性质。首先由于晶界上的原子或多或少地偏离了其平衡位置。这5个特性分别是：

1.界面能越高，则晶界越不稳定，所以晶界有可能会发生移动。

2.因此，为了使晶界上的原子处于稳定的状态，高的界面能就具有趋势向低的界面能转化，所以晶界会运动。

3.为了降低晶界的总能量要减少晶界的总面积，方法有两种，晶粒长大和晶界的平直化。

4.理论和实验结果都表明，大角度晶界的界面能远髙于小角度晶界的界面能,所以大角度晶界的迁移速率较小角度晶界大。

5.当然，因为晶界的迀移过程本质上是原子的扩散过程，只有在比较高的温度下才有可能进行。因为温度高，原子的扩散系数大，原子就更有可能扩散。

除上述5个特性外，晶界还具有偏聚特性，产生其特性的原因在于界面能的存在，当金属中存在一些异类原子能够降低界面能时，这些原子就将向晶界偏聚，这种现象称为内吸附。例如：在钢中加入微量的硼，即向晶界偏聚，这对钢的性能有重要影响，因此凡是提高界面能的原子，将会在晶粒内部偏聚，这种现象叫做反内吸附。

1.2.4 晶界对材料的影响

晶界实质上是一种面缺陷，晶界的几种性质都会对材料产生或多或少的影响。例如：由于晶界上存在晶格畸变因而在室温下对金属材料的塑性变形起着阻碍作用，在宏观上表现为使金属材料具有更高的强度和硬度。晶粒越细，金属材料的强度和硬度便越高。由于界面能的存在，使晶界的熔点低于晶粒内部，且易于腐蚀和氧化。晶界上的空位、位错等缺陷较多，因此原子的扩散速度较快，在发生相变时，新相晶核往往首先在晶界形成。

1.3 国内外研究情况

国内外对分子动力学、晶界运行机理及机制的研究有很多。王明章等人[7]，用晶体细观力学方法模拟研究了纯铝双晶体在应力轴与晶界面分别垂直或平行时的循环应变过程，说明了这两种加载方式下引起晶界及晶界区形变损伤明显不同的原因。卢艳丽等人[8]利用晶体相场模拟晶界的预熔以及熔化现象，研究液相膜的形态是否与晶界处的取向差角度有关。邵宇飞等人[9]通过准连续介质方法模拟了纳米多晶体Ni中裂纹的扩展过程，研究导致晶界扩展的因素及晶界运作机制，结果显示裂纹尖端的应力场可以导致晶界分解、层错和变形孪晶的形成等塑性形变;在距离裂纹尖端越远的位置,变形孪晶越少;在裂纹尖端附近相同距离处,层错要远多于变形孪晶。吴艳青等人[10]采用内聚力模型(CZM),模拟多晶体中起裂于晶界的二维平面应变裂纹扩展，结果表明晶体结构的率敏感指数越大材料塑性变形能力越好。

梁海弋等人[11]用分子动力学模拟分析了零温下纳米多晶铜的微观结构，认为不同粒径样品的晶界具有相类似的弛豫结构特征，三叉晶界与普通晶界的微观结构和混乱程度基本一致。不仅如此他们还认为晶粒变形不均匀，存在畸变，粒径减小则体积增大；晶界密度低于晶粒密度，从而可能导致晶界强度低于晶粒强度及晶粒、晶界间复杂的耦合作用导致了纳米多晶中存在本正应力和相应的晶粒畸变。这两者都恰恰是纳米多晶材料的本质特性。

肖时芳等人[12]运用分子动力学技术，计算了纳米多晶Ni的微观结构和力学性能，他们认为晶界部分所占的比例随晶粒尺寸的减小明显提高,结构与普通微晶的相似,纳米晶体的结合能较普通晶体的低。单向拉伸模拟结果表明:纳米多晶Ni的强度与晶粒尺寸之间出现反常Hall-Petch关系;弹性模量的降低与纳米尺度结构特征相关。袁林[13]等人采用分子动力学方法模拟了不同晶粒尺寸下多晶银纳米线的拉伸变形行为，他们认为当晶粒尺寸小于13．49nm时，此时的塑性变形机理主要以晶界滑移、晶粒转动为主，变形后期形成五重孪晶；当晶粒尺寸大于6.89nm时，塑性变形以位错滑移为主，变形后期产生大量的孪晶组织。 多晶钨拉伸过程的原子模拟(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205158.html