Bliźniaki, granice bliźniacze

• Jeżeli struktura krystaliczna jednej części kryształu jest 

lustrzanym odbiciem w pewnej płaszczyźnie 
krystalograficznej, zwanej płaszczyzną bliźniakowania, 
drugiej części, to takie części kryształu nazywamy 
bliźniakami.

• Wyróżnia się dwa typy bliźniaków:

– Bliźniaki wyżarzania, powstają w wyniku zaburzenia 

sekwencji ułożenia płaszczyzn atomowych podczas wzrostu 
ziarn.

• <Schemat bliźniakowania> równolegle ułożone atomy, 

pozginane w zygzak.

• Płaszczyzny zgięcia fazy to płaszczyzny bliźniakowania.

Bliźniaki

Bliźniaki występują dość często w 
metalach i stopach:

• W wyniku odkształcenia plastycznego
• Wyżarzania (rekrystalizacji).
• <zdjęcie> Bliźniaki wyżarzania w 

miedzi.

Bliźniaki odkształcenia

• Bliźniaki odkształcenia 

(mechaniczne) mogą się tworzyć w 
metalach o dowolnej strukturze.

• Sprzyja im duże ziarno, niska 

temperatura, duża szybkość 
odkształcenia.

• <zdjęcie> Bliźniaki odkształcenia w 

tytanie a; odkształcenie 10%.

Granice wąskokątowe

• Granice wąskokątowe powstające w miejscu zetknięcia podziarn, 

charakteryzują się niewielkim kątem dezorientacji krystalicznej, mają 
budowę dyslokacyjną.

• <rysunek> Schemat wąskokątowej granicy daszkowej o kącie 

dezorientacji (duże o z poziomą kreską w środku) theta (według W.T. 
Reada).

• Theta = b/d.
• Granice wąskokątowe daszkowe łączą kryształy o wspólnym 

kierunku krystalograficznym równoległym do granicy.

• Granice wąskokątowe skrętne powstają w miejscu połączenia 

kryształów o wspólnym kierunku prostopadłym do granicy.

• B-długość wektora burgersa.
• D – odległość między dyslokacjami.
• Granice wąskokątowe są to nałożone na siebie granice daszkowe i 

skrętne.

Granice szerokokątowe

• Granice szerokokątowe charakteryzują się dużym kątem 

dezorientacji krystalicznej ziarn (powyżej 20o).

• Budowa granic szerokokątowych jest bardzo złożona i nie w 

pełni zbadana.

• <rysunek z granicą ziarn i miejscami koincydentne>
• W strefie granicy ułożenie atomów charakterystyczne dla 

wnętrza ziarn jest zaburzone.

• Granica szerokokątowa nie jest płaska, lecz zawiera liczne 

dyslokacje, bliźniaki oraz wybrzuszenia i występy (protuzje).

• Miejsca koicydentne – supersieć tj. nakładanie sieci 

sąsiadujących ziarn.

• Schemat typowej szerokokątowej granicy koincydeentnej przy 

kącie dezorientacji omega = 22o wywołanym obrotem wokół 
osi [111] (wg. M.L. Kronberga, F.H. Wilsona, R.W. Cahana).

Granice międzyfazowe i 

koherencja

• Granice miedzy ziarnami różnych faz są nazywane granicami 

międzyfazowymi.

• W technicznych stopach występują najczęściej dwie fazy.
• Granice międzyfazowe, oddzielające fazy, różniące się parametrami i 

typem sieci.

• Granice międzyfazowe można podzielić na:

– koherentne,
– półkoherentne,
– niekoherentne.

• <rysunek Faza I regularna, Faza II romboedryczna, pomiędzy nimi 

znajduje się granica faz)

• Koherentna granica międzyfazowa – wspólne atomy na granicy faz.
• Koherentność – spójność.
• Atomy na płaszczyźnie styku faz należą równocześnie do sieci jednej i 

drugiej fazy.

Granice międzyfazowe i 

koherencja

• Międzyfazowe granice koherentne 

(spójne) charakteryzują się dobrym 
dopasowaniem sieci sąsiadujących 
faz (rys. a).

• Schemat granicy międzyfazowej 

koherentnej.

Międzyfazowe granice niekoherentne (rys. b),

półkoherentne (rys.c).

• Częściowe dopasowanie wykazują 

granice półkoherentne, cechujące się 
występowaniem dyslokacji na 
granicy (rys. c).

• Schemat granicy międzyfazowej 

niekoherentnej

• Schemat granicy międzyfazowej 

półkoherentnej.

Ułożenie atomów w 

kryształach

• Materiały inżynierskie (prawie 

wszystkie metale i ceramiki) są 
zbudowane z małych kryształów, w 
których atomy są ułożone według 
regularnie powtarzających się 
trójwymiarowych wzorów.

Ułożenie atomów w 

kryształach

• Struktury gęstego ułożenia i energia kryształów
• Zakładamy, że atomy są sztywnymi kulami.
• Kule są ułożone w trójkąt, tak aby zajmowały na powierzchni jak 

najmniej miejsca.

• Płaski układ kul odtwarza płaszczyznę gęstego ułożenia i zawiera 

trzy kierunki gęstego ułożenia.

• <Rysunek kul ułożonych w bilardowy trójkąt>.
• Kierunki gęstego ułożenia -><- (linie przedłużyć, by powstał pa 

linia z pochylonym krzyżem).

• Płaszczyzna gęstego ułożenia A.
• Kule tworzą – regularny, powtarzający się, dwuwymiarowy wzór.
• Umieszczając atomy po polei w zagłębieniach, możemy utworzyć 

kolejną płaszczyznę gęstego ułożenia, mającą identyczny wzór 
jak pierwsza.

Struktury ułożenia i energia 

kryształów

• <rysunek ułożenia na sobie trójkątów kul bilardowych>
• Warstwa B na warstwie A daje ułożenie ABABAB… lub HZ (heksagonalna 

zwarta)(74% objętości to atomy).

• Na pierwszą warstwę możemy dodać drugą, trzecią, czwartą warstwę i 

tak dalej, dopóki nie utworzy się kawałka kryształu o znacznych 
wymiarach – ujawniającego trójwymiarowy, powtarzalny wzór 
układu atomów.

• <rysunek ułożenia na sobie trzech warstw trójkątów kul bilardowych>
• Warstwa C na warstwach A i B daje ułożenie ABCABC lub RSC (regularna 

ściennie centrowana).

• Ta struktura ma tę właściwość, że atomy zajmują w niej najmniejszą 

możliwą objętość dlatego jest nazywana strukturą gęstego ułożenia, 
o najmniejszej energii kryształu (74% objętości to atomy).

• ABAB (HZ) i ABCABC (RSC) mają taką samą gęstość ułożenia atomów 

74%.

Struktury gęstego ułożenia

• <rysunek> Warstwa nie 

najgęstszego upakowania A 
(równoległe do siebie atomy, z 
przestrzenią pomiędzy atomami).

• Warstwa B na warstwie A daje 

ułożenie ABABAB… lub RPC (68%).

Struktura amorficzna

• <rysunek ułożenia atomów bez 

porządku> Niekrystaliczna warstwa 
A.

• <rysunek dwóch warstw A> 

Struktura amorficzna lub 
niekrystaliczna.

Sekwencje ułożenia płaszczyzn 

atomowych – ENERGIA KRYSZTAÓW

• Istnieją różne sekwencje ułożenia płaszczyzn gęstego 

upakowania, gdy je układamy jedne na drugich.

• A B C A B C… (RSC)
• A B A B … (HZ) … (RPC)
• Te różne sekwencje układania płaskich warstw prowadzą do 

powstania różnych trójwymiarowych struktur:

• Regularnej przestrzennie centrowanej (RPC),

– Regularnej ściennie centrowanej (RSC),
– Heksagonalnej zwartej (HZ).

• Nieprawidłowa kolejność ABCBABCA … powstająca przez 

wtrącenie warstwy B między warstwy C i A nazywa się 
błędem ułożenia.

• Każdy kryształ wybiera taką strukturę, która daje 

minimum energii.

Przykład – bliźniaki 

wyżarzania

• W strukturze krystalicznej RSC 

(miedź, stal austenityczna) płaszW 
strukturze RSC płasczyzną 
zbliźniaczenia struktury jest 
płaszczyzna {111}.

• <rysunek> Bliźniaki wyżarzania w 

miedzi.