Numéro
J. Phys. Colloques
Volume 49, Numéro C5, Octobre 1988
Interface Science and Engineering '87
An International Conference on the Structure and Properties of Internal Interfaces
Page(s) C5-115 - C5-129
DOI https://doi.org/10.1051/jphyscol:1988509
Interface Science and Engineering '87
An International Conference on the Structure and Properties of Internal Interfaces

J. Phys. Colloques 49 (1988) C5-115-C5-129

DOI: 10.1051/jphyscol:1988509

MOLECULAR STATICS STUDIES OF GRAIN BOUNDARIES : STRUCTURE AND ENERGY OF (001) TWIST BOUNDARIES

V. VITEK

Department of Materials Science and Engineering, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, U.S.A.


Résumé
Les structures et les énergies des joints de grains de flexion obtenues par les études atomistiques sont habituellement en bon accord avec les prévisions et avec les résultats expérimentaux. Ce n'a pas été souvent le cas des joints de torsion. En particulier, la présence de dislocations structurales dans les joints de torsion (001), bien établiee expérimentalement [43-47] n'a pas été confirmée par la plupart des simulations [39-42]. La structure du joint de grain Σ = 5, déterminée par la diffraction des rayons X, n'est pas en accord avec les résultats des calculs atomistiques [48-50]. Dans notre article, nous présentons les calculs de la structure et de l'énergie des joints de grains de très longues périodicité et de très faible coïncidence, conduisant à des structures contenant des dislocations bien localisées et présentant des minimums d'énergie bien définis. Par la suite nous analysons les raisons des problèmes précédemment rencontrés et l'origine de la forme inhabituelle des minimums d'énergie de joint de grains. Nous discutons également la structure de joint Σ = 5 du point de vue de la multiplicité de structures, qui a été évoquée pour expliquer le désaccord entre les résultats obtenus par la diffraction de rayons X et les calculs [30]. Nous avons démontré que la multiplicité de structures de joint Σ = 5 est même plus importante que prévue précédemment et que les simulations dynamiques sont nécessaires, afin de déterminer les structures qui pourraient être comparées avec les résultats expérimentaux.


Abstract
While structures and energies of tilt boundaries studied atomistically conform to the common wisdom and, in general, agree with experimental observations, the results of atomistic studies of twist boundaries often appear not to do so. In particular, experimentally well established presence of grain boundary dislocations in (001) twist boundaries [43-47] has not been confirmed by most atomistic calculations [48-50] and results of the X-ray diffraction studies of the structure of the Σ = 5 boundary disagree with its atomistically calculated structure [48-50]. In this paper we first present calculations of the structures and energies of very long period low coincidence boundaries the results of which show both localized dislocations and well defined energy cusps. The reasons for previously encountered problems as well as for the unconventional shape of the cusps, are then analyzed. The structure of the Σ = 5 boundary is then discussed in terms of the structural multiplicity which was proposed to explain the discrepancies with X-ray diffraction data [30]. It is shown here that the possible multiplicity of structures of the Σ = 5 boundary is even more extensive than previously anticipated and molecular dynamics studies are needed to reveal structures which can be meaningfully compared with experiments.