Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Аномальный или прерывистый рост зерен приводит к неоднородной 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, благодаря которому 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 с последствиями для повышения вязкости разрушения за счет импеданса распространения трещин. [1]

Механизмы [ править ]

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 за счет локализованного образования жидкости на границах зерен.

Значение [ править ]

Аномальный рост зерна часто регистрируется как нежелательное явление, возникающее во время спекания керамических материалов, поскольку быстрорастущие зерна могут снизить твердость объемного материала за счет эффектов типа Холла Петча . Однако контролируемое введение легирующих добавок для обеспечения контролируемого АГГ может быть использовано для придания волокнам ударной вязкости керамических материалов. В пьезокерамике появление AGG может вызвать ухудшение пьезоэлектрического эффекта, и, таким образом, в этих системах AGG избегают.

Примеры систем [ править ]

Наблюдаемый в рутиловом TiO 2 аномальный рост зерен , вызванный присутствием вторичной фазы циркона . [3]
  1. Рутил (TiO 2 ) часто имеет призматический или игольчатый характер . В присутствии щелочных легирующих добавок или твердотельной легирующей добавки ZrSiO 4 наблюдали, что рутил кристаллизуется из исходного материала фазы анатаза в форме 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 добавками / примесями диоксида кремния и / или оксида иттрия проявляет нежелательный AGG. [4]
  3. Известно, что титанат бария BaTiO 3 с избытком TiO 2 демонстрирует аномальный рост зерен с серьезными последствиями для пьезоэлектрических характеристик этих материалов.
  4. Сообщалось, что карбид вольфрама проявляет AGG ограненных зерен в присутствии жидкой кобальтсодержащей фазы на границах зерен [5]
  5. Нитрид кремния (Si 3 N 4 ) может проявлять AGG в зависимости от распределения по размерам материала β-фазы в предшественнике α-Si 3 N 4 . Этот тип роста зерна важен при упрочнении материалов из нитрида кремния [6]
  6. Было показано, что карбид кремния демонстрирует улучшенную вязкость разрушения в результате процессов AGG, приводящих к удлиненным зернам, перекрывающим вершину трещины / след, с последствиями для применений в баллистической броне. Этот тип перекрытия трещин, основанный на повышенной вязкости разрушения керамических материалов, демонстрирующих AGG, согласуется с зарегистрированными морфологическими эффектами на распространение трещин в керамике [1]
  7. Ниобат стронция-бария, используемый в электрооптике и диэлектрике, как известно, проявляет AGG со значительными последствиями для электронных характеристик материала [7]
  8. Было обнаружено, что системы титаната кальция (CaTiO 3 , перовскит), легированные BaO , демонстрируют АГГ без образования жидкости в результате политипных границ раздела между твердыми фазами [8]

См. Также [ править ]

  • Кристаллиты
  • Фрактография
  • Граница зерна
  • Металлургия
  • Микрография
  • Микрофотография
  • Микроструктура
  • Спекание

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Padture, NP; Газон, BR (1994). «Прочностные свойства карбида кремния с неоднородной структурой зерен in situ» . Варенье. Ceram. Soc. 77 (10): 2518–2522. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1994.tb04637.x .
  2. Перейти ↑ Kang, S.-JL (2005). Спекание: уплотнение, рост зерна и микроструктура . Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 9780080493077.
  3. ^ a b c Ханаор, ДАХ; Xu, W .; Ферри, М .; Соррелл, CC (2012). «Аномальный рост зерен рутила TiO 2, вызванный ZrSiO 4 » . Журнал роста кристаллов . 359 : 83–91. arXiv : 1303.2761 . DOI : 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. DOI : 10.1111 / j.1151-2916.1997.tb02957.x .
  5. ^ Парк, YJ; Хван, Нью-Мексико; Юн, Д.Й. (1996). «Аномальный рост ограненных (WC) зерен в (Co) жидкой матрице». Металл. Матер. Пер. 27 (9): 2809–2819. Bibcode : 1996MMTA ... 27.2809P . DOI : 10.1007 / bf02652373 .
  6. ^ Дресслер, W .; Kleebe, H.-J .; Хоффманн, MJ; Rühle, M .; Петцов, Г. (1996). «Модельные эксперименты по аномальному росту зерен в нитриде кремния». J. Eur. Ceram. Soc. 16 (1): 3–14. DOI : 10.1016 / 0955-2219 (95) 00175-1 .
  7. ^ Ли, Х.-Й .; Фрир, Р. (1997). «Механизм аномального роста зерен в керамике Sr 0.6 Ba 0.4 Nb 2 O 6 ». J. Appl. Phys. 81 (1): 376–382. Bibcode : 1997JAP .... 81..376L . DOI : 10.1063 / 1.364122 .
  8. ^ Recnik, A. (2001). «Политип вызвал чрезмерный рост зерна в керамике». J. Eur. Ceram. Soc. 21 (10): 2117–2121. DOI : 10.1016 / s0955-2219 (01) 00184-4 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Аномальный рост зерна при циклической термической обработке
  • Университет Вирджинии, Поверхностная энергия