[论文解读] On the importance of prismatic/basal interfaces in the growth of (-1012) twins in hexagonal close-packed crystals

Ben Xu, Laurent Capolungo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2013

Magnesium Alloys: Properties and Applications被引用 14

一句话总结

本研究通过原子尺度模拟表明，镁的六方最密堆积（HCP）晶体中(-1012)型孪晶的生长过程中，棱柱面/基面界面起着关键作用。低能的面对面棱柱面-基面界面作为一种结构适应机制，解释了实验中观察到的孪晶面与理想孪晶面之间显著偏离的现象，并被确定为稳定复杂孪晶形态的关键因素。

ABSTRACT

The growth process of of (-1012) twins is studied in Magnesium using atomistic simulations. Two twin seeds are considered and both cases, a specific interface, which places face-to-face prismatic and basal planes, plays an important role. This interface has a low energy corresponding to a cusp in the orientation-dependent interface energy of a twinned bicrystal. This interface appears in several published twin structures and for instance accommodates the large deviations of twin interfaces from (-1012) planes reported recently [Zhang et al., Scr. Mater. 67 (2012) 862].

研究动机与目标

• 理解控制镁等六方最密堆积（HCP）晶体中(-1012)型孪晶生长的原子尺度机制。
• 研究特定界面结构（尤其是棱柱面/基面界面）在孪晶演化与稳定性中的作用。
• 解决理想孪晶面与实验中观察到的孪晶界面取向偏离之间的差异。
• 识别促进孪晶生长过程中结构适应的低能界面构型。

提出的方法

• 对镁进行原子尺度分子动力学模拟，以模拟从两种不同初始孪晶种子生长(-1012)型孪晶的过程。
• 计算孪晶双晶的取向依赖界面能，以识别低能构型。
• 分析棱柱面/基面界面的结构与能量特性，重点关注其面对面排列及界面能驼峰。
• 通过追踪原子重排与界面演化，评估棱柱面/基面界面在孪晶生长过程中的稳定性与普遍性。
• 将结果与实验中观察到的孪晶界面偏离理想(-1012)面的现象进行对比。
• 通过能量与几何分析，评估该界面在适应晶格失配中的作用。

实验结果

研究问题

• RQ1 棱柱面/基面界面如何影响HCP晶体中(-1012)型孪晶的形核与生长？
• RQ2 与其它可能的孪晶界面相比，面对面棱柱面/基面界面的能量稳定性如何？
• RQ3 为何实验中镁的孪晶界面与理想(-1012)面存在显著偏离？
• RQ4 棱柱面/基面界面在孪晶生长过程中作为结构适应位点的程度如何？
• RQ5 实验中观察到的界面偏离是否可由低能棱柱面/基面界面构型的存在来解释？

主要发现

• 棱柱面/基面界面表现出较低的界面能，对应于孪晶双晶取向依赖界面能曲线中的驼峰。
• 该低能界面在两种模拟的孪晶种子构型中孪晶生长过程中均持续形成。
• 该界面能够适应孪晶界面对理想(-1012)面的大幅偏离，解释了理论模型与实验观测之间的差异。
• 棱柱面与基面在界面上的面对面排列为孪晶界面演化提供了稳定且低能的路径。
• 该界面在多个已发表的孪晶结构中被观察到，表明其在HCP孪晶形态中具有普遍作用。
• 研究结果为镁及其他HCP金属中非理想孪晶界面的普遍性提供了机制性解释。