● 摘要
晶界对材料尤其是纳米材料的物理、化学和机械性能都有重要影响，在金属材料的机械性能和破坏事故中，晶界往往起着很大的、有时甚至是决定性的作用。而晶界的特性源于晶界处不同于晶体内部的结构和能量，晶界的运动也以能量最小化为原则。晶界处原子的构形和能量是研究界面相关现象如晶粒生长、杂质偏析、原子迁移、晶界滑移、腐蚀和断裂等行为的重要基础。因此，晶界能和晶界结构的研究一直是材料科学、冶金学、固体物理及固体化学研究的中心问题，相关研究能够为掌握材料性质、实现材料改性和设计新材料提供理论基础和指导。
本文采用改进分析型嵌入原子法（MAEAM），结合重位点阵（CSL）模型，借助MATLAB编程从原子尺度计算和分析了体心立方(BCC)结构碱金属锂和过渡族金属镉绕轴旋转时形成的对称倾斜晶界(STGB)的能量和结构, 探讨了晶体间平移对体系能量和结构的影响，对于这两种金属均得出了以下的结论：
(1) 理想堆垛的27个对称倾斜晶界都具有平行于晶界面的二维周期性，在晶界面内沿平行和垂直于旋转轴方向的周期分别为和。但这种刚性结合的晶界由于在晶界面附近分属于两个晶粒的部分原子间距非常小导致晶界能异常高而不稳定。
(2) 两晶粒在晶界面内沿旋转轴(y轴)或垂直于旋转轴(x轴)的相对平移均可以降低晶界能，尤其是后者。这就从理论上解释了材料(特别是纳米晶材料)中的晶粒间相对滑移变形的机制。
(3) 对不同的晶界，最小晶界能对应的相对平移距离不同，但均为50%。沿x轴平移后对应的3个最小能量的晶界面依次为(310) ()、(530) ()和(510) ()，而沿y轴平移对应的3个最小能量的晶界面依次为(310) ()、(210) ()和(510) ()，由能量最小化原理知这些晶界面将依次择优出现。除(210)晶界外，沿x方向平移的最低晶界能均低于沿y方向平移的最低晶界能，因此对同一晶界特别是高指数晶界，沿x方向的平移比沿y方向的平移更易出现。
(4) 两种平移对应的最小晶界能均随重合位置点阵密度的倒数的增加振荡增加，而随相对面间距的增加而减小，这和Ag/Ni、Ag/Si界面能结果类似。
对比前期我们计算BCC金属铁的对称倾斜晶界，发现模拟结果一致，故可将以上结论推广到任意BCC构型的对称倾斜晶界中。此外，我们对金属镉理想堆垛的(210)、(310)、(510)和(530)这4个能量低结构相对稳定的STGB进行了二维平面平移，根据计算结果得到能量随平移变化的立体图，发现能量沟槽均平行于x轴，这些沟槽均出现在y方向平移量比较小的情况。从上述几个平面的平移状况看，能量最低的位置主要集中平行于x轴方向，晶界最佳滑移方向平行于x方向。