晶界內(nèi)耗[1]是我國科學(xué)家上世紀(jì)開創(chuàng)的一個(gè)新的研究領(lǐng)域。材料的界面問題是材料科學(xué)的一個(gè)帶有共性的重大問題，因?yàn)榻缑婵梢跃哂信c材料整體大不相同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，從而對(duì)于整個(gè)材料體系的性能具有關(guān)鍵的影響。
晶界是界面的一種類型。關(guān)于晶界的結(jié)構(gòu)和性能的研究是一個(gè)古老的但是迄今未得到滿意解決的問題，而這個(gè)問題無論在學(xué)術(shù)方面和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要的意義，因?yàn)閹缀跛性趯?shí)際應(yīng)用中的金屬和合金都具有晶界。
一般的金屬是由許多晶粒組成的，各個(gè)單個(gè)晶粒之間的界面叫做晶界。在一般情形下，含有晶界的多晶金屬在低溫時(shí)較強(qiáng)于不含晶界的單晶金屬，而在高溫時(shí)則較弱。在以前，人們只知道這是晶界所引起的效應(yīng)，但是并不了解晶界本身的性質(zhì)及其表現(xiàn)。
內(nèi)耗就是物體在振動(dòng)當(dāng)中所表現(xiàn)的能量消耗。物體開始振動(dòng)以后，振動(dòng)停止得越快，表明內(nèi)耗越大，反之則內(nèi)耗越小。當(dāng)物體中含有缺陷或不規(guī)則區(qū)域時(shí)，在振動(dòng)中就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)耗。晶界是金屬中所含的一種缺陷，因而在適當(dāng)?shù)臈l件下就會(huì)成為產(chǎn)生內(nèi)耗之源。在不含任何晶界并且未經(jīng)過冷加工的單晶體中是不會(huì)出現(xiàn)這種內(nèi)耗峰的。
內(nèi)耗的出現(xiàn)與溫度和振動(dòng)頻率有關(guān)。過去人們用來研究晶界的內(nèi)耗裝置所激發(fā)的振動(dòng)頻率太高，因而未能得到預(yù)期的結(jié)果。扭擺內(nèi)耗儀的發(fā)明解決了這個(gè)問題，因?yàn)橛盟梢缘玫胶艿偷恼駝?dòng)頻率。
1947年，葛庭燧[2]先生利用低頻扭擺內(nèi)耗儀發(fā)現(xiàn)了純鋁的晶界內(nèi)耗峰，測(cè)出了與內(nèi)耗峰相聯(lián)系的激活能，提出了晶界的滑動(dòng)機(jī)制，算出了晶界的粘滯系數(shù)，這在歷史上第一次從實(shí)驗(yàn)上證明了晶界本身具有粘滯特性。
晶界內(nèi)耗峰的發(fā)現(xiàn)及其機(jī)制的闡明證明了晶界具有粘滯性質(zhì)，但這并不意味著晶界是由一層粘滯性物質(zhì)(例如由一層非晶態(tài)物質(zhì))所構(gòu)成的, 也不意味著晶界并不具有一定的結(jié)構(gòu)。
所謂的粘滯性質(zhì)只是說明加到它上面的切應(yīng)力要隨著時(shí)間的推移而發(fā)生弛豫，并且它的滑動(dòng)速率與所加的切應(yīng)力成正比，這就是牛頓粘滯規(guī)律。非晶態(tài)物質(zhì)遵從這種規(guī)律，但遵從這種規(guī)律的并不一定就是非晶態(tài)物質(zhì)。
多晶體金屬材料是材料科學(xué)的主要研究對(duì)象之一，其晶界結(jié)構(gòu)與性質(zhì)強(qiáng)烈地影響著晶界遷動(dòng)、溶質(zhì)原子在晶界的偏聚等現(xiàn)象以及材料的力學(xué)和物理性能等。
注：
[1]晶界內(nèi)耗就是由晶界引起的內(nèi)耗。固體在機(jī)械振動(dòng)中由于內(nèi)部原因引起的振動(dòng)能量損耗，稱為內(nèi)耗。它在工程上是材料阻尼性能的一種指標(biāo)，同時(shí)又是研究材料內(nèi)部缺陷的一種靈敏工具。
[2]葛庭燧（1913-2000），中國著名金屬物理學(xué)家，山東蓬萊人；1937年獲清華大學(xué)理學(xué)士學(xué)位，1943年獲美國伯克利加州大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，早年在美國參與過著名的“曼哈頓計(jì)劃”，后歸國；擔(dān)任中國科學(xué)院金屬研究所副所長(zhǎng)、固體物理研究所研究員、名譽(yù)所長(zhǎng)，主要從事固體內(nèi)耗、晶體缺陷和金屬力學(xué)性質(zhì)研究，是國際上滯彈性內(nèi)耗研究領(lǐng)域創(chuàng)始人之一；葛庭燧一生刻苦進(jìn)取、努力拼搏，他拋棄美國穩(wěn)定優(yōu)越的工作和生活條件，毅然決然地回到了祖國，并傾其所有的把自己的一切獻(xiàn)給了祖國。
--本文摘自《金屬材料科學(xué)與技術(shù)》
冀公網(wǎng)安備13050002001422號(hào)