Nieprawidłowy wzrost ziarna - Abnormal grain growth

Nieprawidłowy lub nieciągły wzrost ziaren prowadzi do niejednorodnej mikrostruktury, w której ograniczona liczba ziaren rośnie znacznie szybciej niż reszta.

Nieprawidłowy lub nieciągły wzrost ziaren , określany również jako nadmierny lub wtórny wzrost ziaren po rekrystalizacji , jest zjawiskiem wzrostu ziaren , w wyniku którego pewne energetycznie korzystne ziarna ( krystality ) szybko rosną w matrycy drobniejszych ziaren, czego wynikiem jest bimodalny rozkład wielkości ziaren.

W materiałach ceramicznych zjawisko to może powodować powstawanie wydłużonych pryzmatycznych, igiełkowatych (igiełkowatych) ziaren w zagęszczonej matrycy, co ma wpływ na poprawę odporności na pękanie poprzez impedancję propagacji pęknięć.

Mechanizmy

Nieprawidłowy wzrost ziarna (AGG) występuje w systemach metalowych lub ceramicznych wykazujących jedną lub więcej z kilku cech.

  1. Wtrącenia, wytrącenia lub zanieczyszczenia fazy wtórnej powyżej pewnego stężenia progowego.
  2. Wysoka anizotropia energii międzyfazowej ciało stałe / ciecz lub energia graniczna ziaren (ciało stałe / ciało stałe) w materiałach sypkich.
  3. Wysoce anizotropowa energia powierzchniowa w materiałach cienkowarstwowych.
  4. Wysoka nierównowaga chemiczna.

Chociaż wiele luk pozostaje w naszym podstawowym rozumieniu zjawisk AGG, we wszystkich przypadkach nienormalny wzrost ziaren występuje w wyniku bardzo wysokich lokalnych szybkości migracji międzyfazowej i jest wzmacniany przez zlokalizowane tworzenie się cieczy na granicach ziaren.

Znaczenie

Nieprawidłowy wzrost ziaren jest często rejestrowany jako niepożądane zjawisko występujące podczas spiekania materiałów ceramicznych, ponieważ szybko rosnące ziarna mogą obniżać twardość materiału sypkiego poprzez efekty typu Halla Petcha . Jednak kontrolowane wprowadzanie domieszek w celu uzyskania kontrolowanego AGG może być wykorzystane do nadania wzmocnieniu włókien w materiałach ceramicznych. W ceramice piezoelektrycznej występowanie AGG może powodować degradację efektu piezoelektrycznego, a tym samym w tych układach unika się AGG.

Przykładowe systemy

Nieprawidłowy wzrost ziarna obserwowany w rutylowym TiO 2 , wywołany obecnością wtórnej fazy cyrkonu .
  1. Rutyl (TiO 2 ) często wykazuje pryzmatyczny lub igiełkowaty pokrój . W obecności domieszek alkalicznych lub ciała stałego ZrSiO 4 domieszki rutylu zaobserwowano krystalizacji z macierzystego anatazu materiału fazy w postaci nienormalnie dużych ziaren obecnych w matrycy drobniejszej równoosiowych ziaren anatazu lub rutylu.
  2. Doniesiono , że tlenek glinu , Al 2 O 3 z domieszkami / zanieczyszczeniami krzemionki i / lub tlenku itru wykazują niepożądany AGG.
  3. Wiadomo, że tytanian baru BaTiO 3 z nadmiarem TiO 2 wykazuje nieprawidłowy wzrost ziaren, co ma głęboki wpływ na właściwości piezoelektryczne tych materiałów.
  4. Doniesiono, że węglik wolframu wykazuje AGG fasetowanych ziaren w obecności ciekłej fazy zawierającej kobalt na granicach ziaren
  5. Azotek krzemu (Si 3 N 4 ) może wykazywać AGG w zależności od rozkładu wielkości materiału fazy β w prekursorze α-Si 3 N 4 . Ten rodzaj wzrostu ziaren ma znaczenie przy hartowaniu materiałów z azotku krzemu
  6. Wykazano, że węglik krzemu wykazuje zwiększoną odporność na pękanie w wyniku procesów AGG, w wyniku których powstają wydłużone ziarna mostkujące wierzchołek pęknięć / ślady, co ma konsekwencje dla zastosowań w pancerzu balistycznym. Ten typ zwiększonej odporności na pękanie materiałów ceramicznych wykazujących AGG polegający na mostkowaniu pęknięć jest zgodny z opisanymi efektami morfologicznymi na propagację pęknięć w ceramice
  7. Wiadomo, że niobian strontu-baru, stosowany w elektrooptyce i zastosowaniach dielektrycznych, wykazuje AGG, co ma znaczący wpływ na wydajność elektroniki materiału
  8. Zaobserwowano , że układy tytanianu wapnia (CaTiO 3 , perowskit) domieszkowane BaO wykazują AGG bez tworzenia się cieczy w wyniku polipowych interfejsów między fazami stałymi

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki