Kinetics of grain boundary migration in copper bicrystals with [001] rotation axes

Abstract

Die Kinetik der Korngrenzenwanderung in hochreinen Kupferbikristallen mit gemeinsamer [001]-Rotationsachse wurde als Funktion der treibenden Kraft, der Fehlorientierung und Temperatur untersucht. In alien Fällen gehorchen die Korngrenzenverschiebungen einem parabolischen Gesetz und die entsprechenden Geschwindigkeiten hängen linear mit der treibenden Kraft zusammen; das deutet darauf hin, daβ intrinsische Beweglichkeiten gemessen wurden. Die Wanderung von Kleinwinkelkorngrenzen ist durch eine Aktivierungsenergie von 49 kcal/Mol charakterisiert. Die gute Übereinstimmung zwischen diesem Wert und der Aktivierungsenergie der Gitterselbstdiffusion (47 kcal/Mol) deuten darauf hin, daβ die Bewegung der Kleinwinkelkorngrenzen durch Versetzungsklettern über einen Gitterdiffusionsmechanismus erfolgt. Die Wanderung von Groβwinkelkorngrenzen ist andererseits durch Aktivierungsenergien zwischen 26 und 30 kcal/Mol bestimmt; hier wandern Atome durch die Korngrenze und führen so zu einer Bewegung der Korngrenze. Bei gegebener Fehlorientierung konnte die Korngrenzenwanderung sowohl in einer reinen Kippkonfiguration als auch mit verschieden starker Verdrillung untersucht werden; dies koruvte durch eine Änderung der Orientierung der [001]-Rotationsachse relativ zur Probenoberfläche erreicht werden. Es wurde beobachtet, daβ die kritische Fehlorientierung für einen Übergang von der Wanderungskinetik von Kleinwinkelkorngrenzen zu der von Groβwinkelkorngrenzen für gemischte Korngrenzen bei etwa 9° und für reine Kippgrenzen bei 13° liegt. Selbst bei groβen Fehlorientierungen zeigen die verschiedenen Konfigurationen unterschiedliche Beweglichkeiten; als Grund dafür könnte die anisotrope Korngrenzendiffusion angesehen werden.