缺陷與擴散

雙晶界(twin boundary)

雙晶界是一種特殊而非常整齊的界面,界面一側的晶體是另一側的完美鏡像。把一頁紙舉到鏡子前:鏡像是有序的、與原件相關的,而非隨機。在雙晶界處,原子圖案越過邊界面而形成鏡射,所以這兩個區域(兩個「雙晶」)就像一個形狀與它的鏡中反射共用一個平面。由於鏡射關係讓大多數原子仍待在合理的位置,雙晶界所耗的能量遠比一般晶界低。

雙晶以兩種方式形成。退火雙晶出現在熱處理與晶粒成長期間,尤其是在疊差能低的 FCC 金屬中——黃銅與沃斯田系不鏽鋼在顯微鏡下,會顯現出橫越晶粒、寬闊而邊緣筆直的著名雙晶帶。變形(機械)雙晶則由突然的剪切形成,常見於滑移系統很少的 BCC 與 HCP 金屬:當差排滑移來不及承擔形狀改變時,一整個區域會在一次協調一致的剪切中翻轉成鏡像取向。這正是你彎折錫棒時發出那可聞「錫鳴」的原因。

雙晶之所以重要,是因為當一般滑移困難時,它是晶體改變形狀的另一種途徑,而且它會使晶粒重新定向,好讓新的滑移系統能有利地對齊——這延長了鈦與鎂等原本會很脆的金屬的延性。在顯微鏡下,邊緣筆直平行的雙晶帶也是辨識材料、判讀其加工歷史的便利指紋。與晶界一樣,雙晶界仍可作為差排的溫和障礙,增添一點強度。

在光學顯微鏡下觀察退火黃銅,你會看到晶粒被筆直、邊緣平行的帶狀區橫切——那些就是退火雙晶,是低疊差能 FCC 金屬的標誌。在鎂與鈦中,變形雙晶至關重要:由於滑移系統很少,雙晶正是這些 HCP 金屬得以彎曲而非開裂的方式。

一條鏡像接縫:能量比晶界低,也是滑移稀少時改變形狀的途徑。

雙晶界是晶界的一種低能量特例,而非裂縫或瑕疵。別把變形雙晶(由剪切形成)與退火雙晶(由加熱形成)混為一談——兩者以相反的途徑產生,儘管都是鏡像邊界。

又稱
twin plane孿晶界雙晶面