El crecimiento anormal o discontinuo de los granos conduce a una microestructura heterogénea donde un número limitado de granos crece mucho más rápido que el resto.
El crecimiento de grano anormal o discontinuo , también conocido como crecimiento de grano de recristalización secundaria o exagerado , es un fenómeno de crecimiento de grano en el que ciertos granos energéticamente favorables ( cristalitos ) crecen rápidamente en una matriz de granos más finos, lo que resulta en una distribución bimodal del tamaño de grano.
En materiales cerámicos , este fenómeno puede resultar en la formación de granos prismáticos alargados, aciculares (en forma de agujas) en una matriz densificada. Esta microestructura tiene el potencial de mejorar la tenacidad a la fractura al impedir la propagación de grietas. [1]
Mecanismos
El crecimiento anormal de grano (AGG) se encuentra en sistemas metálicos o cerámicos que exhiben una o más de varias características: [2] [3]
Sistemas con inclusiones de fase secundaria, precipitados o impurezas por encima de un determinado umbral de concentración.
El crecimiento anormal del grano ocurre debido a tasas locales muy altas de migración de interfaz y se ve potenciado por la formación localizada de líquido en los límites de los granos. En 2023, Liss et al. [4]
han demostrado que la activación espontánea de un límite de grano abre vías de difusión, lo que lleva a la activación de un grano en una microestructura que de otro modo estaría inactiva y permite que el grano gire y se fusione con un grano vecino. Sin embargo, debido a la competencia con los granos circundantes, la rotación puede realizarse de manera errática. Junto con la activación espontánea, esto hace que el crecimiento anormal del grano sea un proceso en gran medida errático. Si bien la activación de los límites de los granos (que conduce a la rotación y el crecimiento) puede ocurrir a temperaturas muy por debajo de las temperaturas requeridas para la fusión parcial de los límites de los granos, el efecto se enfatiza cuando se produce la fusión.
Significado
En la sinterización de materiales cerámicos, el crecimiento anormal de los granos a menudo se considera un fenómeno indeseable porque los granos que crecen rápidamente pueden reducir la dureza del material a granel a través de efectos de tipo Hall-Petch . Sin embargo, la introducción controlada de dopantes para producir AGG controlado se puede utilizar para impartir endurecimiento de las fibras en materiales cerámicos. Además, AGG no es deseable en cerámicas piezoeléctricas , ya que puede degradar el efecto piezoeléctrico .
Sistemas de ejemplo
Crecimiento anormal del grano observado en Rutilo TiO 2 , inducido por la presencia de una fase secundaria de circón . [3]
El rutilo (TiO 2 ) frecuentemente exhibe un hábito de crecimiento prismático o acicular . En presencia de dopantes alcalinos o un dopante ZrSiO 4 en estado sólido , se ha observado que el rutilo cristaliza a partir de una fase madre de anatasa en forma de granos anormalmente grandes que existen en una matriz de granos de rutilo o anatasa equiaxiales más finos. [3]
Se sabe que el titanato de bario BaTiO 3 con un exceso de TiO 2 presenta un crecimiento anormal del grano con profundas consecuencias en el rendimiento piezoeléctrico.
El nitruro de silicio (Si 3 N 4 ) puede exhibir AGG dependiendo de la distribución de tamaño del material de fase β en un precursor α-Si 3 N 4 . Este tipo de crecimiento de grano es importante en el endurecimiento de materiales de nitruro de silicio [7]
Se ha demostrado que el carburo de silicio presenta una tenacidad a la fractura mejorada como resultado de los procesos AGG que producen granos alargados de punta de grieta/puentes de estela, con consecuencias para las aplicaciones en armaduras balísticas. Esta mejora de la tenacidad a la fractura en materiales cerámicos a través de la formación de puentes de grietas resultante de AGG es consistente con los efectos morfológicos informados sobre la propagación de grietas en cerámicas [1]
Se sabe que el niobato de bario y estroncio, utilizado para aplicaciones electroópticas y dieléctricas, exhibe AGG con consecuencias significativas en el rendimiento electrónico del material [8]
^ ab Padtura, NP; Césped, BR (1994). "Propiedades de tenacidad de un carburo de silicio con una estructura de grano heterogéneo inducida in situ". Mermelada. Cerámica. Soc. 77 (10): 2518–2522. doi :10.1111/j.1151-2916.1994.tb04637.x.
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^ Liss, K.-D.; Xu, PG; Shiro, A.; Zhang, SY; Yukutake, E.; Shobu, T.; Akita, K. (2023). "Crecimiento anormal de granos: una activación espontánea de la rotación de granos en competencia". Materiales de ingeniería avanzada : 2300470. doi : 10.1002/adem.202300470 .
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enlaces externos
Crecimiento anormal del grano por tratamiento térmico cíclico
