Identyfikacja pól deformacji w warstwie przejściowej miedź / korund
W pracy przedstawiono eksperymentalną i teoretyczną analizę mikrostruktury granicy międzyfazowej miedź/ korund. Wykorzystując atomowy model otrzymany metodą Dynamiki Molekularnej wyznaczono rozkłady pól deformacji w miedzi. Determinują je płaszczyzny mikro - poślizgów nachylone pod kątem 70° do powierzchni granicznej (1 1 1)Cu / (0 0 0 1) α- Al2O3. W rezultacie obserwujemy powstanie dyslokacji częściowych
Shockley’a o wektorach Burgersa 1/6<1 2 1>, a złącze staje się układem półkoherentnym. Obszary Cu wydzielone przez wspomniane płaszczyzny mikro- poślizgów przemieszczają się w kierunku powierzchni korundu, a następnie ulegają znacznym deformacjom w celu uzyskania zgodności sieciowej z kryształem α -Al2O3.
W ten sposób powstają strefy o silnym wiązaniu. Pozostałe fragmenty warstwy Cu wykazują słabsze sieciowe dopasowanie, a zatem i wiązanie z podłożem korundowym. W sąsiedztwie płaszczyzn mikro - poślizgów występuje ściskanie, natomiast w otoczeniu węzłów koherencji rozciąganie. Otrzymane wyniki zostały potwierdzone w badaniach wykonanych metodą wysokorozdzielczej transmisyjnej elektronowej mikroskopii (HRTEM). W celu identyfikacji deformacji zarejestrowanych na zdjęciach HRTEM, opracowano zmodyfikowaną metodę analizy fazy geometrycznej (GPA). Zaproponowane podejście umożliwia wyznaczanie odkształceń w ośrodkach wielofazowych tworzonych przez materiały o różnych właściwościach mechanicznych. Stosując zmodyfikowaną metodę GPA ujawniono, że wzdłuż granicy międzyfazowej występuje naprzemienne rozciąganie i ściskanie. Odległości pomiędzy obszarami maksymalnego ściskania zarejestrowanego na zdjęciach są zgodne z tymi, jakie ustalono na podstawie modelu. Otrzymany, oryginalny opis pól deformacji na granicy międzyfazowej miedź/ korund stanowi podstawę do analizy innych złączy metal/ ceramika o znacznym sieciowym niedopasowaniu.
In the dissertation, an experimental and theoretical analysis of the microstructure of copper / corundum interfaces is presented. Using an atomistic model obtained by the Molecular Dynamics method, the distribution of deformation fields in copper is determined. They are controlled by micro-slip planes inclined at an angle of 70° to the boundary surface (1 1 1)Cu / (0 0 0 1) α- Al2O3. As a result, we observe the formation of Shockley partial dislocations with Burgers vectors 1/6 <1 2 1>, and the joint becomes a semi-coherent system. The Cu regions separated by the mentioned micro-slip planes move towards the corundum surface, and then undergo significant deformation to obtain the lattice coherency with the α- Al2O3 crystal. In this way, zones with a strong
bonding are formed. The remaining Cu fragments show a weaker lattice matching and thus the bonding with the corundum substrate. In the vicinity of the micro-slip planes there is compression, while in the neighborhood of coherency nodes stretching. The results obtained have been confirmed in high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) studies. In order to identify deformations recorded in HRTEM images a modified geometrical phase analysis method (GPA) has been developed. The proposed approach enables the determination of deformations in multiphase media formed by materials with different mechanical properties. Using the modified GPA method, it is revealed that there is alternating stretching and compression along the interface boundary. The distances between the areas of maximum compression recorded in the images are consistent with those determined by the model. The obtained, original description of deformation fields at the copper /corundum boundary provides the basis for the analysis of other metal / ceramics joints with significant lattice mismatch.
