stringtranslate.com

Аномальный рост зерна

Аномальный или прерывистый рост зерен приводит к гетерогенной микроструктуре , при которой ограниченное количество зерен растет намного быстрее, чем остальные.

Аномальный или прерывистый рост зерен , также называемый преувеличенным или вторичным ростом зерен рекристаллизации , представляет собой явление роста зерен, при котором определенные энергетически выгодные зерна ( кристаллиты ) быстро растут в матрице из более мелких зерен, что приводит к бимодальному распределению зерен по размерам.

В керамических материалах это явление может привести к образованию удлиненных призматических, игольчатых (игольчатых) зерен в уплотненной матрице. Эта микроструктура потенциально может улучшить вязкость разрушения, препятствуя распространению трещин. [1]

Механизмы

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

  1. Системы с включениями вторичной фазы, осадками или примесями, концентрация которых превышает определенную пороговую концентрацию.
  2. Системы с сильно анизотропной поверхностной энергией .
  3. Системы, далекие от химического равновесия .

Аномальный рост зерен происходит из-за очень высоких локальных скоростей межфазной миграции и усиливается за счет локализованного образования жидкости на границах зерен. В 2023 году Лисс и др. [4] показали, что спонтанная активация границ зерен открывает пути диффузии, что приводит к активации одного зерна в неактивной микроструктуре и позволяет зерну вращаться и сливаться с соседним зерном. Однако из-за конкуренции с окружающими зернами вращение может протекать хаотично. В сочетании со спонтанной активацией это делает аномальный рост зерен в значительной степени беспорядочным процессом. Хотя активация границ зерен (приводящая к вращению и росту) может происходить при температурах значительно ниже температур, необходимых для частичного плавления границ зерен, эффект усиливается, когда происходит плавление.

Значение

При спекании керамических материалов аномальный рост зерен часто рассматривается как нежелательное явление, поскольку быстро растущие зерна могут снизить твердость сыпучего материала из-за эффектов Холла-Петча . Однако контролируемое введение легирующих добавок для достижения контролируемого AGG может быть использовано для придания керамическим материалам упрочнения волокна . Кроме того, AGG нежелателен в пьезоэлектрической керамике , так как может ухудшить пьезоэлектрический эффект .

Примеры систем

Аномальный рост зерен, наблюдаемый в рутиле TiO 2 , вызванный присутствием вторичной фазы циркона . [3]
  1. Рутил (TiO 2 ) часто имеет призматическую или игольчатую форму роста . В присутствии щелочных добавок или твердотельной добавки ZrSiO 4 наблюдалось, что рутил кристаллизуется из исходной фазы анатаза в виде аномально крупных зерен, существующих в матрице из более мелких равноосных зерен анатаза или рутила. [3]
  2. Сообщалось, что оксид алюминия , Al 2 O 3 с легирующими добавками/примесями диоксида кремния и/или иттрия проявляют нежелательное AGG. [5]
  3. Известно, что титанат бария BaTiO 3 с избытком TiO 2 демонстрирует аномальный рост зерен с серьезными последствиями для пьезоэлектрических характеристик.
  4. Сообщалось, что карбид вольфрама демонстрирует АГГ ограненных зерен при наличии жидкой кобальтсодержащей фазы на границах зерен [6]
  5. Нитрид кремния (Si 3 N 4 ) может проявлять AGG в зависимости от распределения размера материала β-фазы в предшественнике α-Si 3 N 4 . Этот тип роста зерен важен при упрочнении материалов из нитрида кремния [7].
  6. Было показано, что карбид кремния демонстрирует улучшенную вязкость разрушения в результате процессов AGG, приводящих к образованию удлиненных зерен с вершинами трещин и перемычками, что имеет последствия для применения в баллистической броне. Такое повышение вязкости разрушения керамических материалов за счет перекрытия трещин в результате применения AGG согласуется с сообщенными морфологическими эффектами на распространение трещин в керамике [1].
  7. Известно, что ниобат стронция-бария, используемый в электрооптике и диэлектрике, проявляет AGG, что оказывает существенное влияние на электронные характеристики материала [8].
  8. В системах титаната кальция (CaTiO 3 , перовскит), легированных BaO , наблюдалось АГГ без образования жидкости в результате политипных границ раздела между твердыми фазами [9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Падчер, Северная Каролина; Газон, БР (1994). «Вязкость карбида кремния с неоднородной зеренной структурой, индуцированной in situ». Варенье. Керам. Соц. 77 (10): 2518–2522. doi :10.1111/j.1151-2916.1994.tb04637.x.
  2. ^ Канг, С.-JL (2005). Спекание: уплотнение, рост зерна и микроструктура . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 9780080493077.
  3. ^ abc Ханаор, DAH; Сюй, В.; Ферри, М.; Соррелл, CC (2012). «Аномальный рост зерен рутила TiO2, вызванный ZrSiO4». Журнал роста кристаллов . 359 : 83–91. arXiv : 1303.2761 . Бибкод : 2012JCrGr.359...83H. doi : 10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015. S2CID  94096447.
  4. ^ Лисс, К.-Д.; Сюй, PG; Широ, А.; Чжан, Ю.Ю.; Юкутакэ, Э.; Шобу, Т.; Акита, К. (2023). «Аномальный рост зерна: спонтанная активация конкурирующего севооборота». Передовые инженерные материалы . 26 (4): 2300470. doi : 10.1002/adem.202300470 .
  5. ^ Бэ, И.-Дж.; Байк, С. (1997). «Аномальный рост зерен глинозема». Варенье. Керам. Соц. 80 (5): 1149–1156. doi :10.1111/j.1151-2916.1997.tb02957.x.
  6. ^ Парк, YJ; Хван, Нью-Мексико; Юн, ДЯ (1996). «Аномальный рост ограненных зерен (WC) в жидкой матрице (Co)». Металл. Матер. Пер. 27 (9): 2809–2819. Бибкод : 1996MMTA...27.2809P. дои : 10.1007/bf02652373. S2CID  137080942.
  7. ^ Дресслер, В.; Клебе, Х.-Дж.; Хоффманн, MJ; Рюле, М.; Петцов, Г. (1996). «Модельные эксперименты по аномальному росту зерен в нитриде кремния». Дж. Эур. Керам. Соц. 16 (1): 3–14. дои : 10.1016/0955-2219(95)00175-1.
  8. ^ Ли, Х.-Ю.; Фрир, Р. (1997). «Механизм аномального роста зерен в керамике Sr 0,6 Ba 0,4 Nb 2 O 6 ». Дж. Прил. Физ. 81 (1): 376–382. Бибкод : 1997JAP....81..376L. дои : 10.1063/1.364122.
  9. ^ Речник, А. (2001). «Политип вызвал чрезмерный рост зерен в керамике». Дж. Эур. Керам. Соц. 21 (10): 2117–2121. дои : 10.1016/s0955-2219(01)00184-4.

Внешние ссылки