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Journal of Materials Science

Erschienen in:

01.07.2009

Formation of hexagonal close packing at a grain boundary in gold by the dissociation of a dense array of crystal lattice dislocations

verfasst von: D. L. Medlin, J. C. Hamilton

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 13/2009

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Abstract

We analyze a thin (~1 nm) hexagonal-close-packed (HCP) intergranular layer at a 29° 〈110〉 tilt grain boundary in gold. Our analysis, which is based on HRTEM observations and atomistic calculations, shows that this boundary consists of a dense array of 60° 1/2〈110〉 crystal lattice dislocations that are distributed one to every two {111} planes. These dislocations dissociate into paired Shockley partial dislocations, creating a stacking fault on every other plane and thereby producing the …abab…, or HCP, stacking sequence. This distribution of dislocations is consistent both with the measured intergranular misorientation and with the calculated rigid-body translation along the tilt axis. By establishing the interfacial dislocation arrangement, we also show how the HCP layer at the 29° boundary observed here is geometrically related to that found previously at the 80.6° Σ = 43 〈110〉 boundary. This result helps to link dislocation-based descriptions for boundary structures between the high- and low-angle misorientation regimes.

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P is computed from P = URU ⁻¹. For the geometry in this paper,

$$ {\mathbf{U}} = \left( {\begin{array}{*{20}c} {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 6 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 6 }$}}} & {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 3 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 3 }$}}} & {{\raise0.7ex\hbox{${ - 1}$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {{ - 1} {\sqrt 2 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 2 }$}}} \\ {{\raise0.7ex\hbox{${ - 2}$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {{ - 2} {\sqrt 6 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 6 }$}}} & {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 3 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 3 }$}}} & 0 \\ {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 6 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 6 }$}}} & {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 3 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 3 }$}}} & {{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left/ {\vphantom {1 {\sqrt 2 }}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{${\sqrt 2 }$}}} \\ \end{array} } \right) $$

and

$$ {\mathbf{R}} = \left( {\begin{array}{*{20}c} {\cos \theta } & { - \sin \theta } & 0 \\ {\sin \theta } & {\cos \theta } & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ \end{array} } \right). $$

For the geometry in this paper, $ {\mathbf{P}}_{\text{twin}} = \frac{1}{3}\left( {\begin{array}{*{20}c} 2 & { - 2} & { - 1} \\ 2 & 1 & 2 \\ { - 1} & { - 2} & 2 \\ \end{array} } \right). $

For the Σ = 43, θ = 80.63° $ (3\bar{5}3)/(\bar{3}\bar{5}\bar{3}) $ boundary, $ {\mathbf{v}} = \tfrac{1}{2}[5,6,5]. $ From Eq. 3, $ {\mathbf{B}}^{*} = \tfrac{1}{3}[\bar{1}2\bar{1}]. $ As discussed in reference [11], requiring that B ^* be composed of Shockley partial dislocations distributed one to each of the 8 {111} planes crossed by v gives a distribution of 4 Aδ, 2 Bδ, and 2 Cδ.

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Titel: Formation of hexagonal close packing at a grain boundary in gold by the dissociation of a dense array of crystal lattice dislocations
verfasst von: D. L. Medlin
J. C. Hamilton
Publikationsdatum: 01.07.2009
Verlag: Springer US
Erschienen in: Journal of Materials Science / Ausgabe 13/2009
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-009-3488-6

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