界面與面缺陷

反相晶界

有些合金不只是兩種原子的隨機混合;它們是有序的,意思是 A 原子和 B 原子各自坐在自己規律、交錯的次晶格上,像鋪得完美的黑白棋盤。現在想像兩塊這樣的棋盤朝彼此長過來、相接時卻略微錯開了節拍,於是黑格對到黑格、而不是黑對白。沿著那道接縫,整齊的交錯就被打斷了。那道錯拍的接縫就是反相晶界(antiphase boundary,APB)。

反相晶界是專屬於有序合金(超晶格)的面缺陷,例如 Cu3Au 或 Ni3Al。兩側的晶體都完美有序,但兩個疇彼此相對平移了一個向量,這個向量是無序結構的晶格平移、卻不是有序結構的晶格平移,所以跨過晶界你會遇到錯的鄰居(A 挨著 A、B 挨著 B),正是有序化原本想避免的。這要付出能量,即 APB 能,因為它造出了不利的鍵。被 APB 分隔開、各自維持一致有序的區域,就叫反相疇(antiphase domain)。

反相晶界是有序金屬間化合物(如強化噴射引擎超合金的 Ni3Al)強度的核心。一根差排穿過有序晶體時會在身後留下一道 APB,於是差排成對綁在一起移動(超差排,superdislocation),中間拖著一條 APB 帶;這份能量代價讓這些合金強得出奇,而且溫度升高時還更強。誠實提醒:APB 不是晶界。晶格連續、沒有轉動地一路貫穿它;錯拍的只有化學有序圖案。

在有序的 Cu3Au 中,兩個有序區域可以相差半個晶胞相接,於是本該被隔開的金原子,跨過接縫竟成了鄰居。這種失去對位的化學不匹配,就是反相晶界。

反相晶界是有序合金中一道錯拍的接縫:晶格延續著,但 A/B 的有序圖案跳了一下。

初學者會把 APB 和晶界搞混。APB 處沒有錯向;晶格是連續且未轉動的,錯開的只有有序(哪個位置是 A、哪個是 B)。

又稱
APBantiphase domain boundary反相疇界