Поликристаллические материалы состоят из зерен с различными кристаллографическими ориентациями, разделённых границами зерен (ГЗ). Эти границы образуют сложную сеть в трёхмерном (3D) пространстве и подвержены постоянной эволюции в процессе термомеханической обработки. Границы зерен далеко не всегда плоские; они обычно характеризуются неравномерной кривизной, а тройные узлы — места пересечения трёх границ зерен — часто находятся в неравновесном состоянии. Несмотря на то что динамика сети границ зерен по своей природе является трёхмерной, наблюдения за развитием микроструктуры в трёхмерном пространстве крайне редки и, как правило, осуществляются с низким разрешением.

Кристаллические свойства зерен делают структуру границ зерён и их движение чрезвычайно чувствительными к кристаллографической ориентации соседних зёрен — это и есть двойниковая кристаллография. Поэтому трёхмерные… Поликристалл Эволюция микроструктуры чрезвычайно чувствительна к зернам, соприкасающимся на определённых границах зерен, к узловым точкам между границами зерен внутри микроструктуры, а также к силам,驱动ующим эту эволюцию (например, капиллярным явлениям и механическим напряжениям). Такая сложность ограничивает наши возможности прогнозирования и понимания трёхмерной эволюции микроструктуры, особенно на атомном уровне, где динамика границ зерен играет решающую роль.

В ответ на указанные выше проблемы исследовательская группа, в состав которой вошли специалисты из Чжэцзянского университета, Городского университета Гонконга, Наньянского технологического университета Сингапура, Гонконгского университета и других учреждений, провела углублённое исследование с использованием технологии TEM в режиме in situ компании «Цзэюй». В данном исследовании были объединены атомно‑разрешённые in situ‑наномеханические испытания и атомистическое моделирование, что позволило раскрыть динамические механизмы границ зерен в трёхмерном пространстве, в частности процесс их корректировки посредством серии изгибно‑разделительных движений. Соответствующие результаты опубликованы в журнале Acta Materialia под названием «Revealing grain boundary kinetics in three-dimensional space»; полная версия статьи доступна по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.119717

Основное содержание данной работы сосредоточено на раскрытии трёхмерного пространственного поведения границ зерен (GBs) в поликристаллических и нанокристаллических материалах, в частности — на динамическом развитии границ зерен под воздействием термомеханических возмущений. С помощью атомарно разрешённых in situ‑наномеханических испытаний и атомистического моделирования исследовательская группа установила, что границы зерен не являются статичными. Плоская структура а вместо этого может динамически изменять свою кривизну в трёхмерном пространстве посредством ряда сложных атомарных процессов.

Суть исследования заключается в механизме разъединения (disconnection-based mechanism), который основан на особых… Линейный дефект Метод, основанный на движении, сопровождающемся «разрывами» (то есть отключением), для описания миграции границ зерен и изменения их морфологии. В процессе приложения нагрузки границы зерен перемещаются за счёт последовательных разрывов. Нуклеация Путём распространения и аннигиляции оно постепенно корректирует свою трёхмерную кривизну; эти разрывы обладают различной анизотропной подвижностью, что приводит к динамическому изгибанию границ зерен в трёхмерном пространстве. Такое изгибание и миграция границ зерен, опосредованные изогнутыми разрывами, могут осуществляться согласованно между несколькими границами, тем самым способствуя трёхмерному росту или аннигиляции зерён в сети границ.

Исследовательская группа также изучила, как эта трёхмерная динамика границ зерён связана с пластической деформацией и эволюцией микроструктуры в поликристаллических материалах. На основе экспериментальных наблюдений и молекулярно‑динамических симуляций они продемонстрировали, как границы зерён в трёхмерном пространстве реагируют на приложенную нагрузку путём изгибного разрушения, а также как эти процессы координируют движение множества границ зерён, приводя к их аннигиляции. Полученные результаты не только открывают новый взгляд на роль границ зерён в процессе пластической деформации металлических материалов, но и обладают потенциальной значительной практической ценностью для проектирования и оптимизации материалов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Компания «ZEPTOOLS», являясь ведущим китайским производителем высокоточных приборов отечественного производства, является одним из ведущих поставщиков решений для in situ‑характеризации с помощью электронных микроскопов и представила… Пико Фемто Серия решений для in situ‑трансмиссионной электронной микроскопии постепенно обеспечивала техническую поддержку ключевых научных достижений отечественных и зарубежных пользователей. На нижнем рисунке представлены используемые в данном исследовании in situ‑устройства: