共格界面

兩相界面上，原子成一一對應的完全匹配，即界面上的原子同時處於兩相晶格的節點上，為相鄰兩晶體所共有，這種相界稱為共格界面。

基於共格模型的計算使得人們能在原子電子尺度了解界面的成鍵機理，而且能夠定量地分析粘合能、電子結構等一系列重要的性質，這是一個飛躍性的進步。

基本介紹

• 中文名：共格界面
• 外文名：coherent interface
• 學科：工程技術
• 相界：兩塊晶體相交接而形成的相的界面
• 特點：原子成一一對應的完全匹配
• 其他界面：半共格相界、非共格相界

相界

相界是由結構不同或結構相同而點陣參數不同的兩塊晶體相交接而形成的相的界面。沉澱相與基體間、外延層與襯底間、馬氏體與母相間的界面均為相界。其中，兩晶相間無一定位相關係者稱非共格相界；兩晶相同保持一定位相關係，且沿界面有相同或相近原子排列者，稱共格或準共格相界。C.S.史密斯曾經對非共格相界的能量進行過估計，結果表明其量級不大於大角度晶界。

按結構特點，相界面可分為共格相界、半共格相界和非共格相界三種類型。

共格界面定義

若兩相晶體結構相同、點陣常數相等，或者兩相晶體結構和點陣常數雖有差異，但存在一組特定的晶體學平面可使兩相原子之間產生完全匹配。此時，界面上原子所占位置恰好是兩相點陣的共有位置，界面上原子為兩相所共有，這種界面稱為共格界面。

研究情況

共格界面作為一個非常簡化的界面模型，已經有許多理論工作開展，來研究界面構型和界面取向對界面性質的影響。具有代表性的工作是Kohyama小組和Freeman小組分別作出的。Kohyama等把第一原理分子動力學方法分別套用到β-Si C(001)/Al和β-Si C(001)/Ti體系，研究了共格界面的弛豫結構，電荷分布，局域態密度（LDOS），計算了肖特基勢壘（SBH）的理論值 。 之後 ， 作為一個系列的工作，他們又用相同的方法研究了β-SiC（111）/Al和β-SiC（111）/Ti體系，發現（111）取向的界面在粘合，成鍵以及肖特基勢壘等性質上都與（001）界面有差異。Freeman等做了更為細緻的工作，他們用全線性綴加平面波（LAPW）方法研究了Ni/β-SiC（001）界面。鑒於Ni與SiC有很大的失配度（約22%），他們採用了兩個不同的模型。其一是單層Ni直接與SiC共 格 匹 配 （此 時Ni在 平 行 於 界 面 方 向 被 拉 伸）； 其 二 是2×2Ni /β −SiC（100）（此時Ni在平行於界面方向被壓縮）。計算表明，兩者的界面結合功都很高，但互相之間差別不大。但是，這兩種模型中Ni所處的不同應力狀態會影響到SBH的理論值。

基於共格模型的第一原理計算使得人們能在原子電子尺度了解界面的成鍵機理，並能夠定量地分析粘合能、電子結構等一系列重要的性質，這是一個飛躍性的進步。

界面能的計算

離散點陣平面（DLP）模型是計算完全共格界面能的一個經典模型，最初提出這個模型主要是針對結構相同、取向一致但濃度不同的兩相之間的共格界面問題。Ramanujan等對模型作了一定的完善，使之能夠計算具有不同結構的兩相共格界面能。當濃度有較明顯差別時，考慮了界面區的擴散；若濃度梯度很小，則採用了近似的處理方法，忽略界面擴散的影響，這是對DLP模型的一個重要補充。

Fe-Mn-基合金中相變主要依賴於層錯形核機制，其界面完全共格，馬氏體相變的切變特性決定了界面兩側馬氏體相和母相有相同的化學成分，所以現有的模型在計算這種合金的共格界面能時有一定困難。萬見峰等在前人工作的基礎上對模型進行了改進，並分析了Fe-Mn-Si基合金的共格界面能。

研究發現，改進後的DLP模型將多元體系的共格界面能計算建立在二元體系的基礎上，可以有效地處理多元置換型合金中如馬氏體與奧氏體這類化學成分相同而結構不同體系的共格界面能。結果表明，合金的共格界面能約為 ，並隨溫度的增加而增加，這與溫度對合金層錯能的影響相同。Fe-Mn-Si基合金的層錯能一般只有幾個，與計算結果符合得很好。合金成分對共格界面能有不同的影響，Mn增加合金的共格界面能，Si的作用相反，且Si的影響更大．這也與這2種元素對Fe-Mn-Si合金層錯能的影響規律一致。

其他界面

半共格相界：若相鄰晶體在相界面處的晶面間距相差較大，則在相界面上不可能做到完全的一一對應，於是在界面上將產生一些位錯，以降低界面的 彈性應變能，這時界面上兩相原子部分地保持匹配，這樣的界面稱為半共格界面或部分共格界面；

非共格相界：當兩相在相界面處的原子排列相差很大時，只能形成非共格界面。