Región de interfaz entre cristalitos adyacentes (granulares) en un sólido policristalino donde cambian la orientación cristalográfica y el registro atómico, frecuentemente caracterizada por un ángulo de desorientación, el plano de la frontera y un desorden estructural y químico asociado.

Principio

Cuando los cristales crecen o se deforman, regiones adyacentes pueden adoptar distintas orientaciones de red; la descoordinación se acomoda mediante una zona interfacial cuya estructura atómica (inclinación, torsión, fronteras mixtas, dislocaciones) y química controlan propiedades mecánicas, eléctricas, difusivas y relacionadas con la corrosión.

Demostración

Una frontera de grano de inclinación simétrica en un metal policristalino puede describirse como una secuencia de dislocaciones cuyo espaciado se relaciona con la desorientación; tales fronteras a menudo impiden el movimiento de dislocaciones (endurecimiento), actúan como vías de difusión rápidas e influyen en la segregación en las fronteras y la fragilización.

Aplicación incorrecta

Tratar las fronteras de grano como defectos planos, afilados e idealizados sin considerar su ancho finito, reconstrucciones estructurales, la segregación de impurezas o su movilidad dependiente de la temperatura; suponer que todas las fronteras tienen el mismo efecto independientemente de su carácter (bajo ángulo frente a alto ángulo, fronteras de coincidencia especiales).

Consecuencia

Reconocer las fronteras de grano permite explicar la resistencia a la fluencia (endurecimiento Hall–Petch), el creep y fallos facilitados por difusión a lo largo de las fronteras, la resistencia o dispersión eléctrica en las fronteras y los sitios de corrosión y segregación de impurezas; permite diseñar la microestructura mediante el control del tamaño de grano, la distribución del carácter de las fronteras y las rutas de procesamiento.

Inversión

Asumir un comportamiento de monocristal en todas partes (sin interfaces) o tratar el comportamiento policristalino como un continuo uniforme sin heterogeneidad intergranular; inversamente, tratar cada frontera como idéntica e ignorar fronteras especiales de baja energía que mejoran las propiedades.

Límite

El concepto se aplica a sólidos policristalinos y multifásicos donde se encuentran dominios cristalinos separados; excluye defectos intrínsecos dentro de un monocristal perfecto (vacantes, defectos puntuales) y regiones amorfas donde no existe registro de red; los descriptores relevantes incluyen desorientación, plano de frontera y energía y movilidad de la frontera de grano.

Tensión semántica

Tensión entre ver las fronteras de grano como defectos que debilitan los materiales y verlas como agentes de fortalecimiento por obstaculizar el movimiento de dislocaciones; surgen énfasis competidores entre efectos mecánicos, químicos y de transporte y entre descripciones atomísticas y de continuo.

Síntesis

Una frontera de grano es la región interfacial mesoscale que reconcilia orientaciones cristalinas diferentes en un policristal; su estructura atómica, química y movilidad gobiernan una variedad de comportamientos mecánicos, eléctricos y químicos, por lo que la microestructura y los procesos controlan el rendimiento del material mediante la ingeniería del carácter y la distribución de las fronteras.