晶粒

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由許多晶粒組成的多晶結構。由左上角順時針依序為:
a) 展性鑄鐵英语malleable iron(又稱為可鍛鑄鐵)
b) 已除去表面鍍膜的電工鋼
c) 多晶矽太陽能電池
d) 經過熱浸鍍鋅處理的鋼鐵表面
e) VT22鈦合金經酸性蝕刻液處理後的金相顯微鏡照片晶界明顯可見

晶粒(cystallite、crystal grain)是指微小的或微米尺度的晶体。多晶体由许多不同大小和取向的晶粒组成,視不同之成長與加工過程,多晶體中的晶粒取向可能都均勻地隨機分佈形成隨機織構,也可能表現出多數晶粒都朝某一特定取向,而形成特定的擇優取向。多晶体内晶粒之间的接触区域称为晶界。粉粒(powder grain)与晶粒的意义不同,它可指由许多晶粒组成的多晶体粉末颗粒。

晶粒度是评价晶粒大小(crystallite size、grain size)的度量。

細節[编辑]

材料結構不同程度的秩序,圖示為單晶、多晶,以及無秩序之非晶

晶體尺寸通常可以X光繞射圖案衡量,而晶粒尺寸則須以其他實驗方法,如穿透式電子顯微鏡等才能較精確量測。生活周遭可見的固體物件大多都不是純粹的單晶,但也有一些例外,如部分寶石、電子業用的單晶矽英语Monocrystalline silicon、某些種類的纖維鎳基超合金製成的渦輪引擎、雪地中的冰晶(直徑有時可超過半米長)。[1]多數材料都是由有許多單晶晶粒組成的多晶結構,晶粒與晶粒之間有數層極薄的非晶固體接合,晶粒尺寸視不同情況小可至數奈米,大可至數毫米皆有。

青銅鐘的一部分,肉眼可見其碩大之晶粒。

多晶結構中,倘若各晶粒的排列方向雜亂而隨機,則此多晶材料大略具有等向性。等向性的特色可以用來簡化一些連續介質力學中的假設,讓力學理論的計算也能套用在實際的材料運用上。然而,許多多晶材料的晶粒排列方向會或多或少朝特定的方向分佈,形成所謂的織構,當需要精準預測多晶材料的性質與行為時,則定要將織構納入考量。而當一多晶材料的晶粒大致整齊排列但略有隨機方向分佈,則吾人可稱此材料趨近鑲嵌晶體英语Mosaicity

材料破斷時,可以依照裂縫通過晶粒的方式分為沿晶破壞英语intergranular fracture穿晶破壞英语transgranular fracture,是材料破損分析中重要的判斷指標。晶粒也會對粉末大小的量測產生影響,因為一顆粉末顆粒可能含有數個晶粒,所以,用雷射粒徑分析儀測得的粉末顆粒大小可能會異於用謝樂法英语Scherrer equationX光繞射、極化光光學顯微鏡掃描式電子顯微鏡背向散射等方法所測得的粉末顆粒大小。

地質學家也可以利用岩石中的晶粒大小判斷岩石生成時的地質環境,粗大的晶粒代表岩石形成的過程相當緩慢,反之細小的晶粒代表岩石形成的過程相當快速。如果岩石形成的過程相當快速,通常是火山噴出的岩漿快速冷凝的結果,甚至可能產生非晶結構,例如黑曜岩的形成。

參見[编辑]

註記[编辑]

  1. ^ J. R. Petit, R. Souchez, N. I. Barkov, V. Ya. Lipenkov, D. Raynaud, M. Stievenard, N. I. Vassiliev, V. Verbeke, and F. Vimeux. More Than 200 Meters of Lake Ice Above Subglacial Lake Vostok, Antarctica. Science. 10 December 1999, 286 (5447): 2138–41. PMID 10591641. doi:10.1126/science.286.5447.2138. 

參考文獻[编辑]

  • Allen, Samuel and Thomas, Edwin. The Structure of Materials. New York: John Wiley & Sons, Inc. 1999.
  • Jiles, David. Introduction to Magnetism and Magnetic Materials. London: Chapman & Hall/CRC, 1998.

延伸閱讀[编辑]