Grain boundary characteristics evaluation by atomistic investigation methods

原子論的手法による粒界性格評価

加治 芳行  ; 都留 智仁   ; 渋谷 陽二*

Kaji, Yoshiyuki; Tsuru, Tomohito; Shibutani, Yoji*

本研究では、粒界の代表的な例として、対応(CSL)粒界,小角度(SA)粒界及びランダム粒界の3タイプについて検討した。最初に、CSL粒界の粒界エネルギーと原子配置について第一原理密度汎関数法(DFT)と原子埋め込み法(EAM)を用いて評価した。その後、SA及びランダム粒界を同じEAMを用いて構築し、その基礎特性を離散転位動力学モデルとボロノイ多面体解析手法により評価した。その結果、CSL及びSA粒界の応力分布は、粒界コア周辺に局所化していることがわかった。それに対して、ランダム粒界は、五角形面を多く持つ多面体で校正されており準結晶に近い、CSL粒界等とは全く異なる構造を示すことがわかった。

In the present study three types of grain boundaries of coincidence site lattice (CSL), small angle (SA), and random types are considered as the representative example of grain boundaries. The grain boundary energies and atomic configurations of CSL are first evaluated by first-principle density functional theory (DFT) and the embedded atom method (EAM) calculations. SA and random grain boundaries are subsequently constructed by the same EAM and the fundamental characteristics are investigated by the discrete dislocation mechanics models and the Voronoi polyhedral computational geometric method. As the result, it is found that stress distributions of CSL and SA grain boundaries are localized around the grain boundary core. The random grain boundary shows extremely heterogeneous core structures including a lot of pentagon-shaped Voronoi polyhedral resulting from the amorphous-like structure.