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Articulo de referencia

Crecimiento anormal de los granos

El crecimiento anormal o discontinuo de los granos da lugar a una microestructura heterogénea en la que un número limitado de granos crece mucho más rápido que el resto. En cien...

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El crecimiento anormal o discontinuo de los granos da lugar a una microestructura heterogénea en la que un número limitado de granos crece mucho más rápido que el resto.

En ciencia de los materiales , el crecimiento anormal o discontinuo de grano , también conocido como crecimiento de grano por recristalización exagerada o secundaria , 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 da como resultado una distribución bimodal del tamaño de grano .

En los materiales cerámicos , este fenómeno puede dar lugar a la formación de granos prismáticos alargados y aciculares (en forma de aguja) 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 ]

  1. Sistemas con inclusiones de fase secundaria, precipitados o impurezas por encima de una determinada concentración umbral.
  2. Sistemas con una energía superficial altamente anisotrópica .
  3. Sistemas alejados del equilibrio químico .

El crecimiento anormal de grano se produce debido a tasas locales muy altas de migración de la interfaz y se ve potenciado por la formación localizada de líquido en los límites de grano. En 2023, Liss et al. [ 4 ] demostraron 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 rote y se fusione con un grano vecino. Sin embargo, debido a la competencia con los granos circundantes, la rotación puede proceder de forma errática. Junto con la activación espontánea, esto hace que el crecimiento anormal de grano sea un proceso en gran medida errático. Si bien la activación de los límites de grano (que lleva a la rotación y al crecimiento) puede ocurrir a temperaturas muy inferiores a las necesarias para la fusión parcial de los límites de grano, el efecto se acentúa cuando se produce la fusión.

Significado

En la sinterización de materiales cerámicos, el crecimiento anormal de grano se considera un fenómeno indeseable, ya que los granos de rápido crecimiento pueden disminuir la dureza del material a granel mediante efectos de tipo Hall-Petch . Sin embargo, la introducción controlada de dopantes para lograr un crecimiento anormal de grano controlado puede utilizarse para conferir endurecimiento por fibras a los materiales cerámicos. Además, el crecimiento anormal de grano es indeseable en cerámicas piezoeléctricas , ya que puede degradar el efecto piezoeléctrico .

Sistemas de ejemplo

Crecimiento anormal de grano observado en TiO2 rutilo , inducido por la presencia de una fase secundaria de circón . [ 3 ]
  1. El rutilo (TiO₂ ) frecuentemente presenta un hábito de crecimiento prismático o acicular . En presencia de dopantes alcalinos o un dopante de ZrSiO₄ en estado sólido , se ha observado que el rutilo cristaliza a partir de una fase parental de anatasa en forma de granos anormalmente grandes que existen en una matriz de granos equiaxiales más finos de anatasa o rutilo. [ 3 ]
  2. Se ha informado que la alúmina , Al₂O₃ con dopantes/impurezas de sílice y/o itria , presenta un AGG indeseable. [ 5 ]
  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.
  4. Se ha informado que el carburo de tungsteno exhibe AGG de granos facetados en presencia de una fase líquida que contiene cobalto en los límites de grano [ 6 ].
  5. El nitruro de silicio ( Si₃N₄ ) puede presentar crecimiento de grano anómalo ( AGG) dependiendo de la distribución de tamaño del material de fase β en un precursor α-Si₃N₄ . Este tipo de crecimiento de grano es importante para el endurecimiento de los materiales de nitruro de silicio [ 7 ] .
  6. Se ha demostrado que el carburo de silicio presenta una mayor tenacidad a la fractura como resultado de los procesos AGG que generan granos alargados que unen la punta de la grieta y la estela, lo que tiene implicaciones para aplicaciones en blindajes balísticos. Esta mejora de la tenacidad a la fractura en materiales cerámicos mediante el puenteo de grietas resultante de AGG es consistente con los efectos morfológicos reportados sobre la propagación de grietas en cerámicas [ 1 ].
  7. Se sabe que el niobato de estroncio y bario, utilizado para aplicaciones electroópticas y dieléctricas, presenta AGG con consecuencias significativas en el rendimiento electrónico del material [ 8 ].
  8. Se ha observado que los sistemas de titanato de calcio (CaTiO 3 , perovskita) dopados con BaO exhiben AGG sin la formación de líquido como resultado de interfaces politípicas entre fases sólidas [ 9 ].
  9. El crecimiento anormal del grano ayuda a fabricar la textura Goss, esencial para el acero eléctrico de alta permeabilidad . [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Padture, NP; Lawn, BR (1994). "Propiedades de tenacidad de un carburo de silicio con una estructura de grano heterogénea inducida in situ" . J. Am. Ceram. Soc. 77 (10): 2518– 2522. doi : 10.1111/j.1151-2916.1994.tb04637.x .
  2. ↑ Kang, S.-JL (2005). Sintering: Densification, Grain Growth, and Microstructure . Elsevier Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-049307-7.
  3. 1 2 3 Hanaor, DAH; Xu, W.; Ferry, M.; Sorrell, CC (2012). "Crecimiento anormal de grano de rutilo TiO 2 inducido por ZrSiO 4 " . Journal of Crystal Growth . 359 : 83– 91. arXiv : 1303.2761 . Bibcode : 2012JCrGr.359...83H . doi : 10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015 . S2CID 94096447 . 
  4. ↑ Liss, K.-D.; Xu, PG; Shiro, A.; Zhang, SY; Yukutake, E.; Shobu, T.; Akita, K. (2023). "Crecimiento anormal de grano: una activación espontánea de la rotación competitiva de grano" . Advanced Engineering Materials . 26 (4) 2300470. doi : 10.1002/adem.202300470 .
  5. ↑ Bae, I.-J.; Baik, S. (1997). "Crecimiento anormal de grano de alúmina". J. Am. Ceram. Soc. 80 (5): 1149– 1156. doi : 10.1111/j.1151-2916.1997.tb02957.x .
  6. ↑ Park, YJ; Hwang, NM; Yoon, DY (1996). "Crecimiento anormal de granos facetados de (WC) en una matriz líquida de (Co)". Metall. Mater. Trans. 27 (9): 2809– 2819. Bibcode : 1996MMTA...27.2809P . doi : 10.1007/bf02652373 . S2CID 137080942 . 
  7. ↑ Dressler, W.; Kleebe, H.-J.; Hoffmann, MJ; Rühle, M.; Petzow, G. (1996). "Experimentos modelo sobre el crecimiento anormal de grano en nitruro de silicio". J. Eur. Ceram. Soc. 16 (1): 3– 14. doi : 10.1016/0955-2219(95)00175-1 .
  8. ↑ Lee, H.-Y.; Freer, R. (1997). "El mecanismo del crecimiento anormal de grano en cerámicas de 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 .
  9. ↑ Recnik, A. (2001). "Crecimiento de grano exagerado inducido por politipos en cerámicas". J. Eur. Ceram. Soc. 21 (10): 2117– 2121. doi : 10.1016/s0955-2219(01)00184-4 .
  10. ↑ Frontier | Wilson (16 de abril de 2026). "EE. UU. importa el 82 % de sus grandes transformadores de potencia. Cómo llegó a esa situación y qué se necesitará para reconstruir la capacidad" . Substack . § El acero que casi nadie puede fabricar .{{cite web}}: CS1 maint: nombres múltiples: lista de autores ( enlace ) CS1 maint: nombres numéricos: lista de autores ( enlace )
  • Crecimiento anormal de grano por tratamiento térmico cíclico
  • Universidad de Virginia, Energía Superficial