異常な穀物の成長

材料科学において、異常または不連続な粒成長は、誇張されたまたは二次再結晶粒成長とも呼ばれ、エネルギー的に好ましい特定の粒子（微結晶）がより細かい粒子のマトリックス内で急速に成長し、結果として粒子サイズの二峰性分布をもたらす粒成長現象です。

セラミック材料では、この現象により、緻密なマトリックス内に細長い柱状の針状粒子が形成されることがあります。この微細構造は、亀裂の伝播を阻害することで破壊靭性を向上させる可能性があります。^[1]

異常粒成長（AGG）は、金属またはセラミックス系において、以下の1つ以上の特徴を示す場合に発生します。^{[2] [3]}

1. 二次相の介在物、沈殿物、または特定の閾値濃度を超える不純物を含むシステム。
2. 高度に異方性の表面エネルギーを持つシステム。
3. 化学平衡から遠いシステム。

異常な粒成長は、界面移動の局所的な速度が非常に高いために発生し、粒界での局所的な液体の形成によって促進されます。2023 年に、Liss ら ^[4] は、粒界の自発的な活性化によって拡散経路が開き、通常は不活性な微細構造内の 1 つの粒が活性化され、その粒が回転して隣接する粒と融合することを可能にすることを示しました。ただし、周囲の粒との競合により、回転は不規則に進む可能性があります。自発的な活性化と相まって、異常な粒成長は大幅に不規則なプロセスになります。粒界の活性化 (回転と成長につながる) は、粒界の部分的な溶融に必要な温度よりもはるかに低い温度で発生する可能性がありますが、溶融が発生すると効果は強調されます。

セラミック材料の焼結において、異常な粒成長は、急速に成長する粒子がホールペッチ型効果によってバルク材料の硬度を低下させる可能性があるため、望ましくない現象と見なされることが多い。しかし、制御されたAGGをもたらすドーパントの制御された導入は、セラミック材料の繊維強化に使用できる可能性がある。さらに、AGGは圧電セラミックでは圧電効果を低下させる可能性があるため、望ましくない。

1. ルチル（TiO ₂）は、しばしば柱状または針状の成長習性を示す。アルカリドーパントまたは固体ZrSiO ₄ドーパントの存在下では、ルチルは、より微細で等軸のアナターゼまたはルチル粒子のマトリックス内に存在する異常に大きな粒子の形でアナターゼ親相から結晶化することが観察されている。 ^[3]
2. シリカやイットリアなどのドーパントや不純物を含むアルミナ（ Al ₂ O _3）は望ましくないAGGを示すことが報告されている。^[5]
3. _{TiO 2}が過剰に含まれるBaTiO ₃ チタン酸バリウムは異常な粒成長を示し、圧電性能に重大な影響を及ぼすことが知られています。
4. 炭化タングステンは、粒界に液体コバルト含有相が存在するとファセット粒子のAGGを示すことが報告されている^[6]
5. 窒化ケイ素（Si ₃ N _{4 ）は、α-Si 3} N ₄前駆体中のβ相材料のサイズ分布に応じてAGGを示す可能性がある。このタイプの粒成長は、窒化ケイ素材料の強化において重要である^[7]
6. シリコンカーバイドは、 AGGプロセスによって亀裂先端/後流架橋粒子が細長くなることで破壊靭性が向上することが示されており、防弾装甲への応用に影響を及ぼす。AGGによる亀裂架橋によるセラミック材料の破壊靭性の向上は、セラミックの亀裂伝播に対する形態学的影響の報告と一致している^[1]。
7. 電気光学や誘電体用途に使用されるストロンチウムバリウムニオブ酸塩は、材料の電子性能に重大な影響を及ぼすAGGを示すことが知られている^[8]
8. BaOを添加したチタン酸カルシウム（CaTiO ₃、ペロブスカイト）系では、固体相間の多形界面の結果として液体を形成せずにAGGを示すことが観察されている^[9]

• 周期的熱処理による異常粒成長
• バージニア大学、表面エネルギー