ПРЕДИСЛОВИЕ

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. Причем 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 зерен, 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 счете от них зависят качество материала, его надежность и долговечность. В последние годы роль границ зерен и межфазных границ выдвигается на первый план в материалах новой техники, в частности в материалах тонкопленочной 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 твердого тела — физики внутренних поверхностей раздела, прежде всего границ зерен.

Первые результаты в физике границ зерен были получены на поликристаллах, где они по необходимости носили усредненный характер, относясь к некоей «усредненной» 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 зерен — их структуры и связи между структурой и свойствами границ — были достигнуты при исследовании индивидуальных границ зерен 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 зерен и их структурой (специальным границам соответствуют минимумы энергии, диффузионной проницаемости, максимумы подвижности), был обнаружен эффект отрыва движущейся границы от примеси, эффект безактивационного движения границ зерен (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 зерен, миграций 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 остается много белых пятен, так что задача накопления экспериментальных данных по-прежнему актуальна и много неясных моментов, требующих понимания. К таковым можно отнести структуру границ общего типа, проблему зернограничных фазовых переходов, механизм диффузии по границам зерен и многие другие. Все 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. Она посвящена рассмотрению структуры, методов изучения и свойств болшеугловых границ зерен в металлах, а также кинетики процессов, протекающих на границах зерен либо с их участием. Введение написано Б. С. Бокштейном, Ч. В. Копецким, Л. С. Швиндлерманом; глава 1 — А. Н. Орловым; глава 2 — Л. М. Клингером, Д. А. Горбуновым; глава 3 — В. М. Иевлевым; главы 4 и 5 — С. З. Бокштейном, Ю. М. Мишиным, И. М. Разумовским; глава 6 — А. Н. Алешиным, С. И. Прокофьевым; глава 7 — Б. Б. Страумалом, Л. С. Швиндлерманом; глава 8 — В. Е. Фрадковым, Л. С. Швиндлерманом.

Б. С. БОКШТЕЙН

Назад, на страницу описания