什么是相界,分为哪几类，相界

描述

具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。

在固态相变的形核阶段，因阻力项界面能及应变能的作用，新相常沿母相特定的晶面及晶向析出及长大从而使两相有特定的取向关系。通常，规则形状的第二相常与母相有特定的取向关系。

由于相界面两侧是不同的相，一般它们的结构对称性不同，或点阵常数不同，或键合类型不同，这都使相界面具有较复杂的结构。所以，除非两个相的点阵碰巧或设计成两个点阵矢量的比值为有理数，否则不可能存在精确的CSL（重合位置点阵）。

若相界面中完全有序，两相完全匹配，称为共格相界；如果界面中的原子错配通过驰豫使错配局限在错配位错处，其余大部分区域仅有很小弹性畸变，称为半共格相界；完全无序的界面则是非共格相界。

共格相界

所谓“共格”是指界面上的原子同时位于两相晶格的结点上，即两相的晶格是彼此衔接的，界面上的原子为两种共有。

下图a是一种无畸变的具有完全共格的相界，其界面能很低。

具有完善的共格关系的相界

但是理想的完全共格界面，只有在孪晶界且孪晶界即为孪晶面时才可能存在。对相界而言，其两侧为两个不同的相，即使两个相的晶体结构相同，其点阵常数也不可能相等，因此在形成共格界面时，必然在相界附近产生一定的弹性畸变，晶面间距较小者发生伸长，较大者产生压缩，以互相协调，使界面上原子达到匹配。显然，这种共格相界的能量相对于完善共格关系的界面（如孪晶界）的能量要高。

具有弹性畸变的共格相界

孪晶界

半共格相界

半共格相界是极为常见的。

若两相邻晶体在相界面处的晶面间距相差大，则在相界面上不可能做到完全的一一对应，于是在界面上将产生一些位错，如下图所示，以降低界面的弹性应变能，这时界面上两相原子部分地保持匹配，这样的界面称为半共格界面或者部分共格界面。

半共格相界

半共格相界上位错间距取决于相界处两相匹配晶面的错配度。错配度δ定义为： 

式中，aα和aβ分别表示相界面两侧的α相和β相的点阵常数，且aα>aβ.由此可求得位错间距： 

当δ很小时，D很大，α和β相在相界面上趋于共格，即成为共格相界；当δ很大时，D很小，α和β相在相界面上完全失配，即成为非共格相界。

下图给出了两个简单立方结构相的简单界面例子：

完全共格

半共格

它们的点阵常数不同（相界面上侧的点阵常数a1等于1，相界面下侧的点阵常数等于1.05），以{100}面为界面。相界面两侧的原子不能对齐，它们之间的错配度δ≈（1.05-1）/1=0.05%。

当错配度比较低时（一般小于5%，当然还取决于弹性模量的大小），相界面两侧原子直接连接引起的弹性能不是很大，界面可以完全共格，如图a所示，如果完全共格，则存在一个二维的CSL，其Σ等于20。

如果形成相界面引起的弹性能太大，相界面不能承受时，为了降低相界面能量，会在界面上产生界面位错（错配位错）来吸纳相界面两侧的错配，如图b所示，这就是半共格相界面。对这样的半共格相界面更合理的描述是，它是Σ等于1加上界面上错配位错的界面，相界面位错的伯氏矢量b应等于DSC（完整性位移）点阵的矢量。这里，位错的伯氏矢量大小为b=（a1+a2)/2。

非共格相界

当两相在相界面处的原子排列相差很大时，即δ很大时，只能形成非共格界面，见图。这种相界与大角度晶界相似，可看成是由原子不规则排列很薄的过渡层构成的。

非共格相界

相界能也可采用类似于测晶界能的方法来测量。从理论上来讲，相界能包括两部分，即弹性畸变能和化学交互作用能。弹性畸变能的大小取决于错配度δ的大小；而化学交互作用则能取决于界面上原子与周围原子的化学键结合状况。相界面结构不同，这两部分能量所占的比例也不同。如对共格相界，由于界面上原子保持着匹配关系，故界面上原子结合键数目不变，因此这里应变能是主要的；而对于非共格相界，由于界面上原子的化学键数目和强度与晶内相比发生了很大变化，故其界面能以化学能为主，而且总的界面能较高。从相界能的角度来看，从共格至半共格到非共格相界依次递增。

编辑：黄飞