비정상적 곡물 성장

Abnormal grain growth
비정상적이거나 불연속적인 곡물 성장은 제한된 수의 곡물이 나머지 곡물보다 훨씬 빨리 자라는 이질적인 미세구조를 낳는다.

비정상적이거나 불연속적인 곡물 성장은 과장 또는 2차 재분배 곡물 성장이라고도 하며, 어떤 정력적으로 유리한 곡물(결정질)이 보다 미세한 곡물 행렬에서 빠르게 성장하여 2차적인 곡물 크기 분포를 이루는 곡물 성장 현상이다.

세라믹 소재에서 이 현상은 균열 전파 임피던스를 통한 파괴 강도의 개선에 대한 함의와 함께 밀도화된 매트릭스에서 긴 프리즘틱, 고환(니들 유사) 낟알을 형성할 수 있다.[1]

메커니즘

비정상적인 곡물 성장(AGG)은 몇 가지 특성 중 하나 이상을 나타내는 금속 또는 세라믹 시스템에서 발생한다.[2][3]

  1. 2차 단계 포함, 침전물 또는 불순물이 특정 임계 농도를 초과함.
  2. 고체/액체 계면 에너지의 높은 음이소트로피 또는 대량 물질의 곡물 경계 에너지(고체/고체)
  3. 박막 소재에서 높은 비등방성 표면 에너지.
  4. 높은 화학적 불평등.

비록 많은 간극이 AGG 현상에 대한 우리의 근본적인 이해에 남아 있지만, 모든 경우에 비정상적인 곡물 성장은 매우 높은 국지적 인터페이스 이동률의 결과로 발생하며 곡물 경계에서 국지화된 액체의 형성에 의해 강화된다.

의의

비정상적인 곡물 성장은 빠르게 성장하는 곡물이 홀 페치형 효과를 통해 벌크 소재의 경도를 낮출 수 있기 때문에 세라믹 소재 소결 과정에서 발생하는 바람직하지 않은 현상으로 기록되는 경우가 많다. 단, 제어된 AGG를 발생시키기 위한 도펜트의 제어된 도입은 세라믹 소재에 섬유-투그닝을 전달하는 데 사용될 수 있다. 압전 세라믹에서 AGG의 발생은 압전 효과의 저하를 가져올 수 있으므로 이러한 시스템에서는 AGG를 피한다.

예제 시스템

지르콘 2차 단계의 존재에 의해 유발된 루틸레티오에서2 관찰된 비정상적인 곡물 성장.[3]
  1. 루틸레(TiO2)는 프리즘적 또는 고환적 성장 습관을 자주 나타낸다. 알칼리 도파제 또는 고체 상태의 ZrSiO4 도판트가 있는 경우, 루타일은 미세한 아나타제 또는 루타일 곡물의 행렬에 존재하는 비정상적으로 큰 곡물의 형태로 모 아나타제 상 물질로부터 결정되는 것이 관찰되었다.[3]
  2. 알루미나, 실리카 및/또는 이트리아 도펜트/불순성을 가진 알로이나가23 바람직하지 않은 AGG를 보이는 것으로 보고되었다.[4]
  3. TiO가2 초과된 BaTiO3 바륨 티탄산염은 비정상적인 곡물 성장을 보이며 압전 성능에 심각한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
  4. 텅스텐 카바이드에는 곡물[5] 경계에서 액체 코발트 함유 단계가 존재하는 경우 면면 곡물의 AGG가 나타나는 것으로 보고되었다.
  5. 질화규소(SiN34)는 α-SiN34 전구체의 β상 물질의 크기 분포에 따라 AGG를 나타낼 수 있다. 이러한 유형의 곡물 성장은 질화규소 물질의[6] 강화에 중요하다.
  6. 실리콘 탄화물은 AGG 공정에서 긴 균열 팁/웨이크 브리징 알갱이가 발생하여 탄성 갑옷의 적용에 따른 파괴강도가 개선된 것으로 나타났다. AGG를 나타내는 세라믹 재료의 강화된 균열 교량 기반 파괴 강도는 세라믹의[1] 균열 확산에 대한 보고된 형태학적 영향과 일치한다.
  7. 전기 광학 및 유전체 용도에 사용되는 스트론튬 바륨 니오베이트(Strontium barium niobate)는 AGG를 나타내며 소재의 전자 성능에[7] 상당한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
  8. BaO로 도핑된 칼슘 타이탄산염(CaTiO3, perovskite) 시스템은 고체상[8] 사이의 폴리타입 인터페이스의 결과로 액체가 형성되지 않은 상태에서 AGG를 나타내는 것이 관찰되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ Jump up to: a b Padture, N. P.; Lawn, B. R. (1994). "Toughness properties of a silicon carbide with an in situ induced heterogeneous grain structure". J. Am. Ceram. Soc. 77 (10): 2518–2522. doi:10.1111/j.1151-2916.1994.tb04637.x.
  2. ^ Kang, S.-J. L. (2005). Sintering: Densification, Grain Growth, and Microstructure. Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 9780080493077.
  3. ^ Jump up to: a b c Hanaor, D. A. H.; Xu, W.; Ferry, M.; Sorrell, C. C. (2012). "Abnormal grain growth of rutile TiO2 induced by ZrSiO4". Journal of Crystal Growth. 359: 83–91. arXiv:1303.2761. doi:10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015.
  4. ^ Bae, I.-J.; Baik, S. (1997). "Abnormal grain growth of alumina". J. Am. Ceram. Soc. 80 (5): 1149–1156. doi:10.1111/j.1151-2916.1997.tb02957.x.
  5. ^ Park, Y. J.; Hwang, N. M.; Yoon, D. Y. (1996). "Abnormal growth of faceted (WC) grains in a (Co) liquid matrix". Metall. Mater. Trans. 27 (9): 2809–2819. Bibcode:1996MMTA...27.2809P. doi:10.1007/bf02652373.
  6. ^ Dressler, W.; Kleebe, H.-J.; Hoffmann, M. J.; Rühle, M.; Petzow, G. (1996). "Model experiments concerning abnormal grain growth in silicon nitride". J. Eur. Ceram. Soc. 16 (1): 3–14. doi:10.1016/0955-2219(95)00175-1.
  7. ^ Lee, H.-Y.; Freer, R. (1997). "The mechanism of abnormal grain growth in Sr0.6Ba0.4Nb2O6 ceramics". J. Appl. Phys. 81 (1): 376–382. Bibcode:1997JAP....81..376L. doi:10.1063/1.364122.
  8. ^ Recnik, A. (2001). "Polytype induced exaggerated grain growth in ceramics". J. Eur. Ceram. Soc. 21 (10): 2117–2121. doi:10.1016/s0955-2219(01)00184-4.

외부 링크