نمو غير طبيعي للحبوب

في علم المواد ، يُعرف نمو الحبيبات غير الطبيعي أو المتقطع ، والذي يُشار إليه أيضًا باسم نمو الحبيبات المبالغ فيه أو الثانوي لإعادة التبلور ، بأنه ظاهرة نمو الحبيبات التي تنمو فيها حبيبات معينة مواتية من الناحية الطاقية ( البلورات ) بسرعة في مصفوفة من الحبيبات الدقيقة، مما يؤدي إلى توزيع ثنائي النمط لحجم الحبيبات .

في المواد الخزفية ، يمكن أن تؤدي هذه الظاهرة إلى تكوين حبيبات موشورية مستطيلة الشكل، إبرية الشكل، ضمن مصفوفة كثيفة. وتتمتع هذه البنية المجهرية بالقدرة على تحسين مقاومة الكسر عن طريق إعاقة انتشار الشقوق . ^{[ 1 ]}

يُلاحظ نمو الحبيبات غير الطبيعي (AGG) في الأنظمة المعدنية أو الخزفية التي تُظهر واحدة أو أكثر من الخصائص التالية: ^{[ 2 ] [ 3 ]}

1. الأنظمة التي تحتوي على شوائب أو رواسب أو شوائب طورية ثانوية تتجاوز تركيز عتبة معينة.
2. أنظمة ذات طاقة سطحية شديدة التباين .
3. أنظمة بعيدة عن التوازن الكيميائي .

يحدث النمو غير الطبيعي للحبوب نتيجةً لارتفاع معدلات هجرة الأسطح البينية محليًا، ويتفاقم هذا النمو بتكوّن سائل موضعي عند حدود الحبوب. في عام ٢٠٢٣، أظهر ليس وآخرون ^{[ ٤ ]} أن التنشيط التلقائي لحدود الحبوب يفتح مسارات انتشار، مما يؤدي إلى تنشيط حبة واحدة في بنية مجهرية غير نشطة، ويسمح لها بالدوران والاندماج مع حبة مجاورة. مع ذلك، ونظرًا للتنافس مع الحبوب المحيطة، قد يسير الدوران بشكل غير منتظم. هذا، بالإضافة إلى التنشيط التلقائي، يجعل النمو غير الطبيعي للحبوب عملية غير منتظمة إلى حد كبير. في حين أن تنشيط حدود الحبوب (المؤدي إلى الدوران والنمو) يمكن أن يحدث عند درجات حرارة أقل بكثير من درجات الحرارة اللازمة للانصهار الجزئي لحدود الحبوب، إلا أن هذا التأثير يبرز بشكل أكبر عند حدوث الانصهار.

في عملية تلبيد المواد الخزفية، يُعتبر نمو الحبيبات غير الطبيعي ظاهرة غير مرغوب فيها، إذ قد يؤدي نمو الحبيبات السريع إلى انخفاض صلابة المادة الأساسية عبر تأثيرات من نوع هال-بيتتش . مع ذلك، يمكن استخدام الإدخال المُتحكم به للمواد المُضافة لتحقيق نمو حبيبات غير طبيعي مُتحكم به، وذلك لإضفاء صلابة ليفية على المواد الخزفية. إضافةً إلى ذلك، يُعد نمو الحبيبات غير الطبيعي غير مرغوب فيه في الخزف الكهروإجهادي ، لأنه قد يُضعف التأثير الكهروإجهادي .

1. يُظهر الروتيل (TiO₂ _{) في كثير من الأحيان} نمط نمو موشوري أو إبري . في وجود شوائب قلوية أو شوائب ZrSiO₄ _صلبة ، لوحظ أن الروتيل يتبلور من طور الأناتاز الأصلي على شكل حبيبات كبيرة بشكل غير طبيعي موجودة في مصفوفة من حبيبات الأناتاز أو الروتيل الأصغر حجمًا والمتساوية المحاور. ^{[ 3 ]}
2. وقد تم الإبلاغ عن أن الألومينا ، Al ₂ O ₃ مع شوائب السيليكا و/أو الإيتريا ، تظهر تكتلات غير مرغوب فيها. ^{[ 5 ]}
3. من المعروف أن تيتانات الباريوم BaTiO ₃ مع فائض من TiO ₂ يظهر نموًا غير طبيعي للحبوب مع عواقب وخيمة على الأداء الكهروإجهادي.
4. وقد تم الإبلاغ عن أن كربيد التنجستن يظهر AGG للحبوب ذات الأوجه في وجود طور سائل يحتوي على الكوبالت عند حدود الحبيبات ^{[ 6 ].}
5. قد يُظهر نتريد السيليكون ( _Si3N4 ) نموًا حبيبيًا _غير منتظم (AGG) اعتمادًا على توزيع حجم مادة الطور β في مادة α-Si3N4 _{الأولية .} يُعد هذا النوع من نمو الحبيبات ذا أهمية في تقوية مواد نتريد السيليكون ^{[ 7 ]} .
6. أظهرت الدراسات أن كربيد السيليكون يتمتع بمقاومة محسّنة للكسر نتيجة لعمليات التبلور بالحقن غير المباشر (AGG) التي تُنتج حبيبات متطاولة عند أطراف الشقوق/جسور الانبعاث، مما يُفيد تطبيقاته في الدروع الباليستية. ويتوافق هذا التحسن في مقاومة الكسر في المواد الخزفية عبر جسور الانبعاث الناتجة عن التبلور بالحقن غير المباشر مع التأثيرات المورفولوجية المُبلغ عنها على انتشار الشقوق في الخزف ^{[ 1 ].}
7. من المعروف أن نيوبات السترونتيوم والباريوم، المستخدمة في تطبيقات الإلكترونيات الضوئية والعوازل الكهربائية، تُظهر AGG مع عواقب كبيرة على الأداء الإلكتروني للمادة ^{[ 8 ].}
8. لوحظ أن أنظمة تيتانات الكالسيوم (CaTiO ₃ ، بيروفسكايت) المطعمة بـ BaO تظهر AGG دون تكوين سائل نتيجة لواجهات متعددة الأنماط بين الأطوار الصلبة ^{[ 9 ].}
9. يساعد النمو غير الطبيعي للحبوب في تصنيع نسيج جوس، وهو أمر ضروري للفولاذ الكهربائي عالي النفاذية . ^{[ 10 ]}

• نمو الحبوب غير الطبيعي الناتج عن المعالجة الحرارية الدورية
• جامعة فرجينيا، طاقة السطح