A szemcsehatárok olyan felületek, ahol különböző irányú kristályok találkoznak. A szemcsehatár egyfázisú határfelület, a határ mindkét oldalán a kristályok azonosak, kivéve tájolásukat. A “kristályos határ” kifejezést néha, bár ritkán használják. A szemcse határterületei azokat az atomokat tartalmazzák, amelyeket eredeti rácshelyeik, diszlokációik és szennyeződéseik megzavartak, amelyek az alacsonyabb energiájú szemcsehatárra vándoroltak. két részre, amelyek közül az egyik el van forgatva, azt látjuk, hogy a szemcsehatár meghatározásához öt változó szükséges. Az első két szám a forgástengelyt meghatározó egységvektorból származik. A harmadik szám a gabona forgási szögét jelöli. Az utolsó két szám meghatározza a szemcsehatár síkját (vagy ennek a síknak a normális egységvektorát).
A szemcsehatárok megzavarják a diszlokációk mozgását egy anyagon keresztül. A diszlokáció terjedését akadályozza a szemcsehatár-hibarégió feszültségterülete, valamint a csúszássíkok és csúszásirányok hiánya, valamint a határokon átnyúló általános igazodás. A szemcseméret csökkentése ezért az erő javításának általános módja, gyakran a szívósság minden áldozata nélkül, mert a kisebb szemcsék több akadályt teremtenek a csúszósík egységnyi területére. Ezt a kristályos méret-erő viszonyt a Hall – Petch kapcsolat adja. A magas határfelületi energia és a szemcsehatárok viszonylag gyenge kötése miatt a korrózió kezdete és az új fázisok szilárd anyagból történő kicsapódása szempontjából előnyös helyek.
A szemek határvándorlása számos mechanizmusban fontos szerepet játszik. a kúszás. A szemcsehatár-vándorlás akkor következik be, amikor a nyírófeszültség a szemhatár-síkra hat és a szemcsék csúszását okozza. Ez azt jelenti, hogy a finomszemcsés anyagok valójában gyengébben ellenállnak a kúszásnak a durvább szemekhez képest, különösen magas hőmérsékleten, mert a kisebb szemcsék több atomot tartalmaznak a szemcsehatár helyeken. A szemcsehatárok deformációt okoznak abban is, hogy ponthibák forrásai és elnyelői. Az anyag üregei általában szemcsehatárban gyűlnek össze, és ha ez kritikus mértékben bekövetkezik, az anyag megrepedhet.
A szemcsehatár-vándorlás során a sebességet meghatározó lépés két szomszédos szem közötti szögetől függ. . Kis szögben a diszlokáció határán a migrációs sebesség a diszlokációk közötti üresedés diffúziótól függ. A nagy szögben történő elmozdulás határában ez attól függ, hogy az egyes atomok milyen ugrásokkal jutnak el a zsugorodástól a növekvő szemcsékig.
A szemcsehatárok általában csak néhány nanométer szélesek. A szokásos anyagokban a kristályok elég nagyok ahhoz, hogy a szemcsehatárok az anyag kis részét alkossák. Nagyon kis szemcseméretek azonban elérhetők. A nanokristályos szilárd anyagokban a szemcsehatárok az anyag jelentős térfogatrészévé válnak, ami mély hatást gyakorol az olyan tulajdonságokra, mint a diffúzió és a plaszticitás. A kis kristályok határában, amikor a szemcsehatárok térfogatrésze megközelíti a 100% -ot, az anyagnak már nincs kristályos jellege, és ezáltal amorf szilárd anyaggá válik.
A szemcsehatárok a mágneses doménekben is jelen vannak. mágneses anyagok. Például a számítógép merevlemeze kemény ferromágneses anyagból készül, amely olyan atomrégiókat tartalmaz, amelyek mágneses nyomatékait induktív fej alakíthatja át. A mágnesezettség régiónként változó, és a régiók közötti eltérés határokat képez, amelyek kulcsfontosságúak az adattárolás szempontjából. Az induktív fej méri ezeknek a tartományoknak a mágneses nyomatékainak orientációját, és kiolvassa az “1” vagy “0” értéket. Ezek a bitek az olvasandó adatok. A szemcseméret azért fontos ebben a technológiában, mert korlátozza az egy merevlemezen elférő bitek számát. Minél kisebb a szemcseméret, annál több adat tárolható.
Az egyes anyagokban, például a szuperötvözetű turbinapengék szemcsehatárainak veszélyei miatt nagy technológiai ugrások történtek a hatás minél kisebb minimalizálása érdekében. szemcsehatárok a pengékben. Az eredmény egy irányított szilárdulás-feldolgozás volt, amelynek során a szemcsehatárokat a lapát tengelyével párhuzamosan igazított oszlopos szemcseszerkezetek előállításával szüntették meg, mivel ez általában a maximális húzófeszültség iránya, amelyet a penge a repülőgépen történő forgása közben érez. Az így kapott turbinapengék egyetlen szemcséből álltak, javítva a megbízhatóságot.
Általában a polikristályokat nem lehet túlhevíteni; azonnal megolvadnak, ha kellően magas hőmérsékletre hozzák őket.Ennek oka, hogy a szemcsehatárok amorfak, és a folyékony fázis nukleációs pontjaiként szolgálnak. Ezzel szemben, ha a folyadék hűlésekor nincs szilárd mag, akkor az általában túlhűtött. Mivel ez a mechanikai anyagok számára nem kívánatos, az ötvözet-tervezők gyakran lépnek ellene (szemcsefinomítással).