Anormales Kornwachstum - Abnormal grain growth

Anormales oder diskontinuierliches Kornwachstum führt zu einer heterogenen Mikrostruktur, bei der eine begrenzte Anzahl von Körnern viel schneller wächst als die anderen.

Anormales oder diskontinuierliches Kornwachstum , auch als übertriebenes oder sekundäres Rekristallisationskornwachstum bezeichnet , ist ein Kornwachstumsphänomen , durch das bestimmte energetisch günstige Körner ( Kristallite ) in einer Matrix feinerer Körner schnell wachsen, was zu einer bimodalen Korngrößenverteilung führt.

In keramischen Materialien kann dieses Phänomen zur Bildung länglicher prismatischer nadelförmiger (nadelartiger) Körner in einer verdichteten Matrix führen, was Auswirkungen auf eine verbesserte Bruchzähigkeit durch die Impedanz der Rissausbreitung hat.

Mechanismen

Anormales Kornwachstum (AGG) tritt in metallischen oder keramischen Systemen auf, die eine oder mehrere von mehreren Eigenschaften aufweisen.

  1. Einschlüsse, Niederschläge oder Verunreinigungen der Sekundärphase oberhalb einer bestimmten Schwellenkonzentration.
  2. Hohe Anisotropie der Grenzflächenenergie zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten oder der Korngrenzenenergie (Festkörper / Feststoffe) in Schüttgütern.
  3. Hochanisotrope Oberflächenenergie in Dünnschichtmaterialien.
  4. Hohes chemisches Ungleichgewicht.

Obwohl in unserem grundlegenden Verständnis der AGG-Phänomene noch viele Lücken bestehen, tritt in allen Fällen ein abnormales Kornwachstum als Ergebnis sehr hoher lokaler Grenzflächenmigrationsraten auf und wird durch die lokalisierte Flüssigkeitsbildung an den Korngrenzen verstärkt.

Bedeutung

Anormales Kornwachstum wird häufig als unerwünschtes Phänomen beim Sintern von Keramikmaterialien aufgezeichnet, da schnell wachsende Körner die Härte des Schüttguts durch Hall-Petch-Effekte verringern können . Das kontrollierte Einbringen von Dotierstoffen zur Herbeiführung eines kontrollierten AGG kann jedoch verwendet werden, um Keramikmaterialien eine Faserhärtung zu verleihen. In piezoelektrischen Keramiken kann das Auftreten von AGG zu einer Verschlechterung des piezoelektrischen Effekts führen, und somit wird in diesen Systemen AGG vermieden.

Beispielsysteme

In Rutil- TiO 2 wurde ein abnormales Kornwachstum beobachtet , das durch die Anwesenheit einer Zirkon- Sekundärphase induziert wurde .
  1. Rutil (TiO 2 ) weist häufig eine prismatische oder nadelförmige Wuchsform auf . In Gegenwart von Alkalidotiermitteln oder einem Festkörper- ZrSiO 4 -Dotiermittel wurde beobachtet, dass Rutil aus einem Ausgangsmaterial der Anatasphase in Form von ungewöhnlich großen Körnern kristallisiert, die in einer Matrix aus feineren gleichachsigen Anatas- oder Rutilkörnern vorliegen.
  2. Es wurde berichtet, dass Aluminiumoxid , Al 2 O 3 mit Siliciumdioxid- und / oder Yttriumoxid- Dotierstoffen / Verunreinigungen unerwünschtes AGG aufweisen.
  3. BaTiO 3 Bariumtitanat mit einem Überschuss an TiO 2 ist bekannt , zu diesem piezoelektrischen Materialien Leistung abnormales Kornwachstum mit profunden Folgen aufzuweisen.
  4. Es wurde berichtet, dass Wolframcarbid AGG von facettierten Körnern in Gegenwart einer flüssigen kobalthaltigen Phase an Korngrenzen aufweist
  5. Siliziumnitrid (Si 3 N 4 ) kann in Abhängigkeit von der Größenverteilung des β-Phasenmaterials in einem α-Si 3 N 4 -Vorläufer AGG aufweisen . Diese Art des Kornwachstums ist beim Härten von Siliziumnitridmaterialien von Bedeutung
  6. Es wurde gezeigt, dass Siliziumkarbid eine verbesserte Bruchzähigkeit als Ergebnis von AGG-Prozessen aufweist, die langgestreckte Rissspitzen zwischen Rissspitze und Nachlauf ergeben, was Konsequenzen für Anwendungen in ballistischen Panzerungen hat. Diese Art der auf Rissüberbrückung basierenden verbesserten Bruchzähigkeit von Keramikmaterialien, die AGG aufweisen, stimmt mit den berichteten morphologischen Auswirkungen auf die Rissausbreitung in Keramik überein
  7. Es ist bekannt, dass Strontiumbariumniobat, das für elektrooptische und dielektrische Anwendungen verwendet wird, AGG aufweist, was erhebliche Auswirkungen auf die elektronische Leistung des Materials hat
  8. Es wurde beobachtet, dass mit BaO dotierte Calciumtitanat (CaTiO 3 , Perowskit) -Systeme AGG ohne Flüssigkeitsbildung infolge von Polytyp-Grenzflächen zwischen festen Phasen aufweisen

Siehe auch

Verweise

Externe Links