Аномальный рост зерна - Abnormal grain growth

Аномальный или прерывистый рост зерна приводит к неоднородному микроструктура где ограниченное количество зерна растут намного быстрее остальных.

Аномальный или же прерывистый рост зерна, также называемый преувеличенный или же рост зерна вторичной рекристаллизации, это рост зерна явление, посредством которого определенные энергетически выгодные зерна (кристаллиты ) быстро растут в матрица более мелких зерен, в результате бимодальный гранулометрический состав.

В керамические материалы это явление может привести к образованию удлиненных призматических, игольчатых (игольчатых) зерен в уплотненной матрице с последствиями для повышения вязкости разрушения за счет импеданса распространения трещин.[1]

Механизмы

Аномальный рост зерна (AGG) встречается в металлических или керамических системах, демонстрирующих одну или несколько из нескольких характеристик.[2][3]

  1. Включения вторичной фазы, выделения или примеси выше определенной пороговой концентрации.
  2. Высокая анизотропия межфазной энергии твердое тело / жидкость или энергии границ зерен (твердое тело / твердое тело) в объемных материалах.
  3. Сильно анизотропная поверхностная энергия в тонкопленочных материалах.
  4. Высокое химическое неравновесие.

Хотя в нашем фундаментальном понимании явлений AGG остается много пробелов, во всех случаях аномальный рост зерен происходит в результате очень высоких локальных скоростей миграции границ раздела и усиливается локализованным образованием жидкости на границах зерен.

Значимость

Аномальный рост зерна часто регистрируется как нежелательное явление, возникающее во время спекание керамических материалов, так как быстрорастущие зерна могут снизить твердость материала за счет Эффекты типа Холла Петча. Однако контролируемое введение присадки для обеспечения контролируемого AGG может использоваться для придания волокнам ударной прочности керамических материалов. В пьезокерамика появление AGG может вызвать деградацию пьезоэлектрический эффект и, таким образом, в этих системах избегается AGG.

Примеры систем

Наблюдается аномальный рост зерна в Рутил TiO2, индуцированный наличием циркон вторичная фаза.[3]
  1. Рутил (TiO2) часто имеет призматический или игольчатый привычка к росту. В присутствии щелочных примесей или в твердом состоянии ZrSiO4 добавка, рутил кристаллизовался из родительского анатаз фазовый материал в виде аномально крупных зерен, существующих в матрице более мелких равноосных зерен анатаза или рутила.[3]
  2. Al2О3 с кремнезем и / или иттрия Сообщалось, что присадки / примеси проявляют нежелательный AGG.[4]
  3. BaTiO3 титанат бария с избытком TiO2 Известно, что он демонстрирует аномальный рост зерен с серьезными последствиями для пьезоэлектрических характеристик этих материалов.
  4. Карбид вольфрама сообщалось, что в присутствии жидкой кобальтсодержащей фазы на границах зерен наблюдается AGG ограненных зерен.[5]
  5. Нитрид кремния (Si3N4) может проявлять AGG в зависимости от распределения материала β-фазы по размерам в α-Si3N4 предшественник. Этот тип роста зерна важен для упрочнения материалов из нитрида кремния.[6]
  6. Карбид кремния Было показано, что он демонстрирует улучшенную вязкость разрушения в результате процессов AGG, приводящих к удлиненным зернам вершины трещины / перемычки следа, с последствиями для применений в баллистической броне. Повышенная вязкость разрушения керамических материалов с AGG на основе перекрытия трещин согласуется с зарегистрированными морфологическими эффектами распространения трещин в керамике.[1]
  7. Ниобат стронция-бария, используемый для электрооптика а диэлектрические приложения, как известно, демонстрируют AGG со значительными последствиями для электронных характеристик материала[7]
  8. Титанат кальция (CaTiO3, перовскит) системы, легированные BaO наблюдались проявления AGG без образования жидкости в результате политипных границ раздела между твердыми фазами[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Padture, N.P .; Лоун, Б. Р. (1994). «Прочностные свойства карбида кремния с неоднородной структурой зерен in situ». Варенье. Ceram. Soc. 77 (10): 2518–2522. Дои:10.1111 / j.1151-2916.1994.tb04637.x.
  2. ^ Канг, С.-Дж. Л. (2005). Спекание: уплотнение, рост зерна и микроструктура. Эльзевьер Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  9780080493077.
  3. ^ а б c Hanaor, D.A.H .; Xu, W .; Ферри, М .; Соррелл, К. С. (2012). «Аномальный рост зерен рутилового TiO.2 индуцированный ZrSiO4". Журнал роста кристаллов. 359: 83–91. arXiv:1303.2761. Bibcode:2012JCrGr.359 ... 83H. Дои:10.1016 / j.jcrysgro.2012.08.015.
  4. ^ Bae, I.-J .; Байк, С. (1997). «Аномальный рост зерна глинозема». Варенье. Ceram. Soc. 80 (5): 1149–1156. Дои:10.1111 / j.1151-2916.1997.tb02957.x.
  5. ^ Парк, Ю. Дж .; Hwang, N.M .; Юн, Д. Ю. (1996). «Аномальный рост граненых (WC) зерен в (Co) жидкой матрице». Металл. Mater. Пер. 27 (9): 2809–2819. Bibcode:1996MMTA ... 27.2809P. Дои:10.1007 / bf02652373.
  6. ^ Дресслер, В .; Kleebe, H.-J .; Hoffmann, M. J .; Rühle, M .; Петцов, Г. (1996). «Модельные эксперименты по аномальному росту зерен в нитриде кремния». J. Eur. Ceram. Soc. 16 (1): 3–14. Дои:10.1016/0955-2219(95)00175-1.
  7. ^ Lee, H.-Y .; Фрир, Р. (1997). «Механизм аномального роста зерен Sr0.6Ба0.4Nb2О6 керамика ». J. Appl. Phys. 81 (1): 376–382. Bibcode:1997JAP .... 81..376л. Дои:10.1063/1.364122.
  8. ^ Ресник, А. (2001). «Политип вызвал чрезмерный рост зерна в керамике». J. Eur. Ceram. Soc. 21 (10): 2117–2121. Дои:10.1016 / s0955-2219 (01) 00184-4.

внешняя ссылка