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        你不了解的晶界特性:晶界内耗
          发布时间:2021年05月27日 点击数:

        晶界内耗[1]是我国科学家上世纪开创的一个新的研究领域。材料的界面问题是材料科学的一个带有共性的重大问题,因为界面可以具有与材料整体大不相同的结构和性质,从而对于整个材料体系的性能具有关键的影响。

        晶界是界面的一种类型。关于晶界的结构和性能的研究是一个古老的但是迄今未得到满意解决的问题,而这个问题无论在学术方面和实际应用方面都具有重要的意义,因为几乎所有在实际应用中的金属和合金都具有晶界。

        一般的金属是由许多晶粒组成的,各个单个晶粒之间的界面叫做晶界。在一般情形下,含有晶界的多晶金属在低温时较强于不含晶界的单晶金属,而在高温时则较弱。在以前,人们只知道这是晶界所引起的效应,但是并不了解晶界本身的性质及其表现。

        内耗就是物体在振动当中所表现的能量消耗。物体开始振动以后,振动停止得越快,表明内耗越大,反之则内耗越小。当物体中含有缺陷或不规则区域时,在振动中就会产生内耗。晶界是金属中所含的一种缺陷,因而在适当的条件下就会成为产生内耗之源。在不含任何晶界并且未经过冷加工的单晶体中是不会出现这种内耗峰的。

        内耗的出现与温度和振动频率有关。过去人们用来研究晶界的内耗装置所激发的振动频率太高,因而未能得到预期的结果。扭摆内耗仪的发明解决了这个问题,因为用它可以得到很低的振动频率。

        1947年,葛庭燧[2]先生利用低频扭摆内耗仪发现了纯铝的晶界内耗峰,测出了与内耗峰相联系的激活能,提出了晶界的滑动机制,算出了晶界的粘滞系数,这在历史上第一次从实验上证明了晶界本身具有粘滞特性。

        晶界内耗峰的发现及其机制的阐明证明了晶界具有粘滞性质,但这并不意味着晶界是由一层粘滞性物质(例如由一层非晶态物质)所构成的, 也不意味着晶界并不具有一定的结构。

        所谓的粘滞性质只是说明加到它上面的切应力要随着时间的推移而发生弛豫,并且它的滑动速率与所加的切应力成正比,这就是牛顿粘滞规律。非晶态物质遵从这种规律,但遵从这种规律的并不一定就是非晶态物质。

        多晶体金属材料是材料科学的主要研究对象之一,其晶界结构与性质强烈地影响着晶界迁动、溶质原子在晶界的偏聚等现象以及材料的力学和物理性能等。

         

        注:

                [1]晶界内耗就是由晶界引起的内耗。固体在机械振动中由于内部原因引起的振动能量损耗,称为内耗。它在工程上是材料阻尼性能的一种指标,同时又是研究材料内部缺陷的一种灵敏工具。

                [2]葛庭燧(1913-2000),中国著名金属物理学家,山东蓬莱人;1937年获清华大学理学士学位,1943年获美国伯克利加州大学物理学博士学位,早年在美国参与过著名的“曼哈顿计划”,后归国;担任中国科学院金属研究所副所长、固体物理研究所研究员、名誉所长,主要从事固体内耗、晶体缺陷和金属力学性质研究,是国际上滞弹性内耗研究领域创始人之一;葛庭燧一生刻苦进取、努力拼搏,他抛弃美国稳定优越的工作和生活条件,毅然决然地回到了祖国,并倾其所有的把自己的一切献给了祖国。

        --本文摘自金属材料科学与技术

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