晶界

大多數日常的金屬與陶瓷都不是單一完美的晶體；它們是一大群微小晶體（稱為晶粒，grain）擠在一起，像泡沫裡的氣泡、或不同工人鋪的地磚。每個晶粒有相同的晶體結構，卻轉到不同的角度。兩個晶粒相接的地方，它們的原子列無法順順地對齊，於是那裡有一道不匹配的接縫，是一薄層被擠壓、被拉伸、貼合得很差的原子。那道接縫就是晶界（grain boundary）。

晶界是一種二維（面）缺陷，分隔兩個屬於同一相（相同晶體結構與成分）、只在取向上不同的晶粒。要描述它，你需要錯向（misorientation），也就是一個晶粒相對於另一個轉了多少（一根軸加一個角度），再加上它們相接的那個面。它只有幾個原子厚，但在它裡面，原子既不照這個晶粒的圖案、也不照那個晶粒的圖案，而是坐在一個折衷的位置上，因此它們的鍵是受了應變的，這塊區域帶有額外的能量（晶界能）。

晶界極為重要。它們阻擋差排（dislocation）的移動，所以晶粒又多又小（晶界很多）的材料比較強，這就是霍爾-佩奇（Hall-Petch）效應，也是細化晶粒能讓金屬變韌的原因。晶界同時也是擴散的快速通道、雜質聚集之處，以及腐蝕與斷裂常常起始的地方。誠實提醒：晶界分隔的是同一相的晶體；分隔兩個不同相的界面叫相界（interphase boundary），是相關但不同的東西。