입자 경계는 서로 다른 방향의 결정이 만나는 인터페이스입니다. 입계는 단상 인터페이스로, 경계의 각면에있는 결정은 방향을 제외하고 동일합니다. “결정자 경계”라는 용어는 드물기는하지만 가끔 사용됩니다. 입자 경계 영역에는 원래 격자 사이트에서 교란 된 원자, 전위 및 더 낮은 에너지 입자 경계로 이동 한 불순물이 포함됩니다.
단결정 절단의 경계면으로 입자 경계를 기하학적으로 처리 그 중 하나가 회전 된 두 부분으로, 입자 경계를 정의하는 데 필요한 5 개의 변수가 있음을 알 수 있습니다. 처음 두 숫자는 회전 축을 지정하는 단위 벡터에서 가져옵니다. 세 번째 숫자는 그레인의 회전 각도를 나타냅니다. 마지막 두 숫자는 입자 경계 (또는이 평면에 수직 인 단위 벡터)의 평면을 지정합니다.
입자 경계는 재료를 통한 전위의 움직임을 방해합니다. 전위 전파는 결정립 경계 결함 영역의 응력 장과 슬립 평면 및 슬립 방향의 부족과 경계를 가로 지르는 전체적인 정렬로 인해 방해를받습니다. 따라서 입자 크기를 줄이는 것은 강도를 향상시키는 일반적인 방법이며, 작은 입자는 슬립면의 단위 면적당 더 많은 장애물을 생성하기 때문에 종종 인성을 희생하지 않습니다. 이 결정 크기-강도 관계는 Hall-Petch 관계에 의해 제공됩니다. 입자 경계에서 높은 계면 에너지와 상대적으로 약한 결합으로 인해 부식이 시작되고 고체에서 새로운 상이 침전되는 장소가 선호됩니다.
입자 경계 이동은 많은 메커니즘에서 중요한 역할을합니다. 크리프 입자 경계 이동은 전단 응력이 입자 경계면에 작용하여 입자가 미끄러질 때 발생합니다. 이는 입자가 작은 입자가 입자 경계 부위에 더 많은 원자를 포함하기 때문에 미세 입자 재료가 실제로 더 거친 입자에 비해 크리프 저항성이 낮다는 것을 의미합니다. 특히 고온에서 그렇습니다. 입자 경계는 또한 점 결함의 원인이자 싱크라는 점에서 변형을 유발합니다. 재료의 공극은 입자 경계에 모이는 경향이 있으며, 이것이 심각한 정도까지 발생하면 재료가 파손될 수 있습니다.
입자 경계 이동 중에 속도 결정 단계는 인접한 두 입자 사이의 각도에 따라 달라집니다. . 작은 각도 전위 경계에서 이동 속도는 전위 사이의 공석 확산에 따라 달라집니다. 높은 각도 전위 경계에서 이것은 수축에서 성장하는 입자로의 단일 원자 점프에 의한 원자 수송에 따라 달라집니다.
입자 경계는 일반적으로 폭이 몇 나노 미터에 불과합니다. 일반적인 재료에서 결정은 입자 경계가 재료의 작은 부분을 차지할만큼 충분히 큽니다. 그러나 매우 작은 입자 크기를 달성 할 수 있습니다. 나노 결정 고체에서 입자 경계는 물질의 상당한 부피 분율이되어 확산 및 가소성과 같은 특성에 큰 영향을 미칩니다. 작은 결정의 한계에서 입자 경계의 부피 분율이 100 %에 가까워짐에 따라 물질은 결정 특성을 가지지 않으므로 비정질 고체가됩니다.
입자 경계는 또한 자구에 존재합니다. 자성 재료. 예를 들어, 컴퓨터 하드 디스크는 유도 성 헤드에 의해 자기 모멘트가 재정렬 될 수있는 원자 영역을 포함하는 단단한 강자성 물질로 만들어집니다. 자화는 지역마다 다르며 이러한 영역 간의 정렬 불량은 데이터 저장의 핵심 인 경계를 형성합니다. 유도 헤드는 이러한 영역 영역의 자기 모멘트 방향을 측정하고 “1”또는 “0”을 읽습니다. 이 비트는 읽는 데이터입니다. 입자 크기는 하나의 하드 디스크에 들어갈 수있는 비트 수를 제한하기 때문에이 기술에서 중요합니다. 입자 크기가 작을수록 더 많은 데이터를 저장할 수 있습니다.
초합금 터빈 블레이드와 같은 특정 재료의 입자 경계 위험으로 인해 가능한 한 그 효과를 최소화하기 위해 큰 기술 도약이 이루어졌습니다. 블레이드의 입자 경계. 그 결과, 블레이드의 축에 평행하게 정렬 된 원주 형 입자 구조를 생성하여 결정립 경계를 제거하는 방향성 응고 처리가 이루어졌습니다. 이는 일반적으로 비행기에서 블레이드가 회전하는 동안 블레이드가 느끼는 최대 인장 응력의 방향이기 때문입니다. 그 결과 터빈 블레이드는 단일 입자로 구성되어 신뢰성이 향상되었습니다.
일반적으로 다결정은 과열 될 수 없습니다. 충분히 높은 온도가되면 즉시 녹을 것입니다.이는 입 계가 무정형이고 액상의 핵 형성 지점 역할을하기 때문입니다. 반대로 액체가 식을 때 고체 핵이 없으면 과냉각되는 경향이 있습니다. 이것은 기계 재료에 바람직하지 않기 때문에 합금 설계자는 종종 입자 미세 조정을 통해 이에 대한 조치를 취합니다.