晶界滑动

Rachinger滑动是纯弹性的；谷物保留了大部分原始形状。内部应力会随着晶粒的滑动而增加，直到应力与外部施加的应力相平衡。例如，当在样品上施加单轴拉伸应力时，晶粒会移动以适应伸长率，并且沿施加应力方向的晶粒数量会增加。

Lifshitz滑动只发生在Nabarro–Herring和Coble蠕变中。滑动运动由诱导应力产生的空位扩散和过程中晶粒形状的变化来调节。例如，当施加单轴拉伸应力时，晶粒内将发生扩散，并且晶粒将沿与施加应力相同的方向伸长。沿着施加应力的方向，晶粒的数量不会增加。

当多晶晶粒相对于彼此滑动时，必须同时存在允许这种滑动发生而没有晶粒重叠的机制（这在物理上是不可能的）。已经提出了各种调节机制来解决这个问题。

蠕变条件下的总应变可以表示为εt，其中

εt=εg+εgbs+εdc

εg=与晶内位错过程相关的应变

εgbs=与晶内滑动相关的RachingerGBS应变

εdc=与扩散蠕变相关的LifshitzGBS引起的应变

在实践中，实验通常在蠕变可以忽略不计的条件下进行，因此等式1将简化为：

εt=εg+εgbs

因此GBS对总应变的贡献可以表示为：

Ⲝ=εgbs/εt

首先，我们需要说明三个垂直位移矢量：u、v和w，以及​​晶界滑动矢量：s。可以将其想象为从平面出来的w位移向量。而v和u向量在平面内。位移矢量u也是拉应力方向。可以通过这些位移矢量对εgbs进行单独测量来估计滑动贡献。我们可以进一步将位移的uv平面上的角度定义为Ѱ，将uw平面之间的角度定义为Θ。u然后可以通过等式与这些角度的切线相关：

U=vtanѰ+wtanΘ

实践中一种常见且更简单的方法是使用干涉测量法来测量沿v位移轴的条纹。滑动应变由下式给出：

εgbs=k''nrvr

其中k''是常数，nr是测量次数，vr是n次测量的平均值。

因此我们可以计算GBS应变的百分比。

已经使用各种显微技术通过实验观察到晶界散射。1962年Adams和Murray在NaCl和MgO双晶中首次观察到它。通过用标记线划伤样品的表面，他们能够观察到该线在晶界处的偏移，这是相邻晶粒相互滑动的结果。随后，在其他系统中也观察到了这一点，包括使用电子显微镜观察到的Zn-Al合金和使用原位技术的八氯丙烷。

纳米晶体材料或纳米材料具有有助于抑制晶格蠕变的细晶粒。这对于相对低温的操作是有益的，因为由于晶界的高体积分数，它会阻碍位错的运动或扩散。然而，由于晶界滑动的可能性增加，在高温下不希望出现细晶粒。

晶粒形状在决定滑动速率和程度方面起着很大的作用。因此，通过控制晶粒尺寸和形状，可以限制晶界滑动量。通常，具有较粗晶粒的材料是优选的，因为该材料将具有较少的晶界。理想情况下，单晶将完全抑制这种机制，因为样品不会有任何晶界。

另一种方法是通过添加沉淀物来强化晶界。位于晶界的小析出物可以钉住晶界并防止晶粒相互滑动。然而，并非所有的析出物在边界处都是合乎需要的。大的析出物可能对晶界钉扎产生相反的影响，因为它允许晶粒之间有更多的间隙或空位来容纳析出物，从而降低了钉扎效应。

高强度钢的应用在当今工程界无处不在。为了为现实世界的建筑提供坚实的工程基础，高强度钢的建模非常重要。

通过从两个温度输入高强度钢的弹性模量、屈服强度、泊松比和比热等参数，我们可以推导出作为温度函数的相关GBS能量，从而得出其作为温度函数的屈服强度。

超塑性成型技术是一种材料变形超过屈服应力以形成复杂形状的轻质结构的技术。这种现象可能通过位错滑移/蠕变和扩散蠕变实现的晶界滑动。

一个例子是商业细晶Al-Mg合金，在超塑性变形的初始阶段观察到异常弱的晶界滑动。通过拉伸试验，晶粒沿拉伸方向伸长至50~70%。变形是由增加的沉淀贫化区分数、纵向晶界上的颗粒偏析、位错活动和亚晶粒来协调的。增加的Mg含量导致增加的GBS。将Mg含量从4.8%增加到6.5~7.6%有助于提高温度过程中晶粒尺寸的稳定性，简化GBS并降低扩散蠕变贡献，并将失效应变从300%增加到430%。

白炽灯泡中使用的钨丝的工作温度约为2000K至3200K，接近钨的熔点（Tm=3695K）。由于灯泡预计将在高达0.8的同源温度下长时间运行，因此了解和防止蠕变机制对于延长其预期寿命至关重要。

研究人员发现，这些钨丝失效的主要机制是扩散蠕变引起的晶界滑动。这是因为钨丝虽然很细，但通常仅由少量细长晶粒组成。事实上，在钨线圈中每匝通常少于一个晶界。这种细长的颗粒结构通常被称为竹结构，因为颗粒看起来类似于竹秆的节间。在操作过程中，钨丝在自身重量的负载下受到应力，并且由于高温下可能发生的扩散，晶粒开始旋转和滑动。由于灯丝的变化，这种应力会导致灯丝不均匀下垂，最终在灯丝上引入更多扭矩。正是这种下垂不可避免地导致灯丝破裂，使白炽灯泡无用。这些单线圈灯丝的典型寿命约为440小时。

为了对抗这种晶界滑动，研究人员开始在钨丝中掺杂铝、硅，最重要的是钾。这种复合材料（AKS钨）是xxx的，因为它由非合金的钾和钨组成。钾的这一特性导致在适当制造后，液态或气态钾的纳米级气泡分布在整个灯丝中。这些气泡与长丝钉扎位错和最重要的晶界中的所有缺陷相互作用。即使在高温下钉扎这些晶界，也能显着减少晶界滑动。这种晶界滑动的减少为这些细丝赢得了非下垂细丝的称号，因为它们不再在自身重量下弯曲。