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Lexikon der Geowissenschaften: Korngrenze

Korngrenze, Grenzfläche zwischen zwei einkristallinen Kristallkörnern eines Polykristalls. Zur Beschreibung sind fünf Orientierungsparameter notwendig. Durch eine Drehung um den Winkel Θ um eine durch zwei Winkelwerte festgelegte Achsrichtung

können die beiden Kristallite in die gleiche Orientierung gebracht werden. Die Grenzfläche selbst kann durch ihren Normalenvektor

beschrieben werden, der durch zwei weitere Winkelwerte festgelegt werden muß. Solange der Winkel Θ kleiner als ca. 10º ist, spricht man von einer sog. Kleinwinkelkorngrenze oder Subkorngrenze, deren Aufbau sich aus verschiedenen Anordnungen von Versetzungen beschreiben läßt. Den einfachsten Fall stellt die sog. Biege-Korngrenze, Kipp-Korngrenze oder Tilt-Korngrenze mit





dar. Diese besteht im symmetrischen Fall aus einer parallelen Anordnungen von übereinander liegenden Stufenversetzungen ( Abb. 1a ) mit einem Abstand h = b/Θ (b entspricht hier der Länge des Burgers-Vektors). Eine asymmetrische Biegegrenze kann z.B. durch zwei Arten von Stufenversetzungen mit zueinander senkrecht liegenden Burgers-Vektoren entstehen ( Abb. 1b ). Einen weiteren Grenzfall stellt die symmetrische Drehkorngrenze (auch Twist-Korngrenze oder Verschränkungskorngrenze) dar, für die







gilt. Diese besteht aus einem quadratischen Netz von zwei Scharen von Schraubenversetzungen ( Abb. 2 ). Die beiden diskutierten Fälle stellen natürlich nur Grenzfälle aller möglichen Kombinationen dar. Mit zunehmendem Orientierungsunterschied zwischen benachbarten Körnern kommen sich die Versetzungen stetig näher bis zu dem Punkt, ab dem man nicht mehr von einzelnen Versetzungen sprechen kann. Je nach Material und Orientierung entspricht das einem Winkel Θ von 10-15º. Für größere Winkel spricht man nicht mehr von einer Klein-, sondern von einer Großwinkelkorngrenze. Auf diese bezieht sich im allgemeinen Sprachgebrauch der Begriff Korngrenze. Die Orientierung der beiden angrenzenden Körner kann beliebig sein. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß bestimmte Orientierungsbeziehungen zueinander häufiger auftreten und daher wahrscheinlich energetisch günstiger sind als andere. Dies ist immer dann der Fall, wenn ein möglichst großer Teil der Atome beider Körner auf einem gemeinsamen Gitter, dem sog. Koinzidenzgitter, liegt ( Abb. 3 ). Verläuft die Korngrenze in einer kristallographisch ausgezeichneten Ebene, die beiden Körnern gemeinsam ist, dann besitzen diese eine von der Metrik und Struktur abhängige feste Orientierungsbeziehung zueinander. In diesem Fall spricht man von einer Zwillingskorngrenze. [EW]


Korngrenze 1: schematischer Aufbau einer Kipp-Kleinwinkelkorngrenze aus nur einer Schar von Stufenversetzungen (a) und aus zwei senkrecht zueinanderstehenden Scharen (b) mit

= Burgers-Vektor,

= Normalenvektor,

= Achsrichtung, h =





/Θ, h



=





/Θsinφ, h

=





/Θcosφ, Θ = Verkippwinkel, φ = Winkel zwischen Netzebene und Korngrenze. Korngrenze 1:

Korngrenze 2: schematischer Aufbau einer Drehkorngrenze aus zwei Scharen von Schraubenversetzungen. Die Kreise entsprechen der unteren Atomlage und die Punkte der oberen Lage. Korngrenze 2:

Korngrenze 3: schematische Darstellung einer Korngrenze. Die durch ausgefüllte Kreise dargestellten Atome liegen auf dem gleichen Koinzidenzgitter. Korngrenze 3:
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