Bycrystal interface energy computation of growth and alignment of facets in nanocrystalline cooper

Abstract

Grain boundaries are of great importance in polycrystalline materials on account of the major influence they have on their properties and behavior. Deformation twining, interface sliding, recrystallization or microstructure formation in solidification are all for instance, some of the phenomena that are notably influenced by interfaces. By the same token, the free energy existing in this material defects also plays a strong role. Moreover, crystal interfaces are often observed to be faceted, that is to say, composed by a zig-zag structure or flat facets developed in different directions owing to energy minimization. In the present work, this two aspects are taken to account for the purpose of going a further step into facets growth knowledge, in the specific case of Σ3 nanocrystalline FCC (face-centered cubic) copper boundaries. On the basis of previous studies and by computing the interfacial free energy and the consequently better understanding of the most likely energy cusps locations, it will be possible to determine the faceting structure development. Future investigations at the University of Colorado Colorado Springs will complete this line of research by developing the proper computational model and by defining the “Lattice-matching method for computing Σvalue.

Les fronteres existents entre grans són de gran importància en els materials policristal·lins degut a la gran influència que tenen sobre les propietats i comportament d’aquests. La deformació per agermanament, el lliscament entre les superfícies de contacte dels cristalls, la recristal·lització o la formació de la microestructura durant la solidificació en són alguns exemples de fenòmens notablement influenciats per aquestes superfícies frontereres. Del mateix mode, l’energia lliure entre els cristalls també hi juga un paper important. A més, s’ha observat que aquestes superfícies sovint tenen una estructura en forma de zig-zag formada per cares planes desenvolupades en diferents direccions a causa de la minimització local de la seva energia . En el present treball, aquests dos aspectes són tinguts en compte amb el propòsit de donar un pas més en el coneixement del fenomen de formació d’aquesta estructura en zig-zag, en el cas concret del coure nanocristal·lí amb superfícies entre grans de configuració Σ3. Basant-nos en estudis previs, i mitjançant el càlcul de l’energia lliure interfacial que permet conèixer la localització dels pics d’energia, serà possible determinar el creixement d’aquesta estructura escalonada multiplanar. Aquest camí de recerca es completarà a la Universitat de Colorado Colorado Springs amb el desenvolupament d’un model computacional i la definició del mètode per al càlcul del paràmetre de desorientació Σ.

Las fronteras existentes entre granos son de gran importancia en materiales policristalinos debido a la gran influencia que tienen sobre las propiedades y comportamiento de estos. La deformación por hermanamiento, el deslizamiento entre superficies de contacto entre cristales, la recristalización o la formación de la microestructura durante la solidificación son algunos ejemplos de fenómenos notablemente influenciados por estas superficies fronterizas. Del mismo modo, la energía libre entre cristales también juega un papel importante. Además, se ha observado que estas superficies a menudo adoptan una configuración en forma de zig-zag formada por caras planas desarrolladas en diferentes direcciones a causa de la minimización local de su energía. En el presente trabajo, se tienen en cuenta estos dos aspectos con el propósito de dar un paso más en el conocimiento del fenómeno de formación de esta estructura en zig-zag, en el caso del cobre nanocristalino con superficies entre granos de configuración Σ3. Basándonos en estudios previos, y mediante el cálculo de la energía libre interfacial que permite la localización de los picos de energía, será posible determinar el crecimiento de esta estructura escalonada multiplanar. Este camino de investigación será completado en la Universidad de Colorado Colorado Springs con el desarrollo del modelo computacional y la definición del método para el cálculo del parámetro de desorientación Σ.