Structure and chemistry of grain boundaries in yttria doped aluminas

Bouchet, D.; Dupau, F.; Lartigue-Korinek, Sylvie

doi:10.1051/mmm:0199300406056100

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“…3,19 For yttrium-only-doped alumina, a nonuniform grain-size distribution and morphology is observed. 6,14 Furthermore, yttrium-only-doped alumina exhibits a very high frequency (50% of all the investigated boundaries) of grainboundary planes parallel to a dense plane in ␣-alumina. 14,19 Studies using analytical electron microscopy (AEM) 14 and secondary ion mass spectroscopy (SIMS) 10 indicate that yttrium segregates to almost all the grain boundaries in yttriumdoped and yttrium-magnesia-codoped alumina ceramics.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

Effects of Yttrium Doping α‐Alumina: I, Microstructure and Microchemistry

Gülgün

Putlayev

Rühle

1999

Journal of the American Ceramic Society

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The influence of yttrium doping on the microstructure and microchemistry of hot-pressed ␣-alumina was investigated using a combination of electron microscopy techniques. The implications of microstructure and microchemistry on the improved creep behavior of the doped material are discussed. The samples doped only with yttrium had a bimodal grain-size distribution that was strongly correlated to the frequency and distribution of Y 3 Al 5 O 12 (YAG) precipitates in the microstructure. Yttrium segregated to most of the grain boundaries, with a normal excess concentration of ⌫= 3.3 ± 0.9 atoms/nm 2 at random boundaries. Two types of twin boundaries (⌺3 and ⌺7) accommodated no yttrium. None of the boundaries or triple-point junctions contained a glassy grain-boundary phase. Strong interaction of the grain boundaries and dislocations with YAG precipitates indicated a pinning mechanism by the precipitates. Yttrium doping did not appear to favor formation of special boundaries in ␣-alumina.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

Effects of Yttrium Doping α‐Alumina: I, Microstructure and Microchemistry

Gülgün

Putlayev

Rühle

1999

Journal of the American Ceramic Society

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“…Notons qu'il s'agit ici d'une ségrégation d'équilibre bien que les dislocations extrinsèques soient des défauts "hors équilibre" dans le joint de grains. La figure 11 montre un exemple de la surconcentration en yttrium au voisinage immédiat de deux dislocations extrinsèques stabilisées dans un joint de grains général d'alumine [12]. La relation entre la ségrégation et le défaut de structure du joint est elle aussi réciproque : le défaut attire le soluté, celui-ci piégé sur la ligne de dislocation modifie la structure de coeur de cette dislocation.…”

Section: Ségrégation Et Défauts De Structure Du Joint De Grainsunclassified

“…Les paramètres qui influent sur les mécanismes de ségrégation après trempe sont : (i) la température de recuit initialqui détermine le pourcentage de Figure 11. Spectres X obtenus par STEM sur un joint de grains d'alumine dopée à l'yttrium : les pics d'yttrium sont associés à la présence de deux dislocations extrinsèques dans une région du joint de grains ; ces dislocations sont observables par leur intense champ de déformation [12]. lacunes avant trempe, (ii) la vitesse de refroidissement qui permet à un nombre plus ou moins grand d'atomes d'atteindre la région intergranulaire, (iii) l'énergie d'interaction entre lacune et soluté formant le complexe et l'énergie d'activation de la diffusion de ce complexe.…”

Section: Ségrégation Hors D'équilibre Aux Joints De Grainsunclassified

Physico-chimie des joints de grains : ségrégation - précipitation

Priester

2009

PlastOx 2007 - Mécanismes Et Mécanique Des Interactions Plasticité - Environnement

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Résumé. La densité de défauts ponctuels, lacunes et atomes en insertion ou en substitution, éléments d'alliages ou impuretés, est généralement plus grande aux joints de grains qu'en matrice, hormis pour la macle cohérente 3{111}. Le phénomène de ségrégation intergranulaire affecte non seulement la structure et l'énergie d'un joint de grains mais aussi ses défauts et leurs comportements. Les différences de chimie entre joints peuvent gommer totalement leurs différences géométriques. Étroitement dépendante de la ségrégation, et difficile à différencier de celle-ci à ses tous débuts, la précipitation préférentielle d'une seconde phase aux joints de grains d'une phase initiale (ou phase-mère) joue également un rôle important sur les propriétés d'emploi des matériaux. Le rôle des défauts de structure des joints de grains dans la ségrégation intergranulaire est aussi abordé. La ségrégation hors équilibre est décrite plus succinctement bien que ce soit un phénomène plus important pratiquement que la ségrégation d'équilibre, mais son approche théorique est moins avancée. SÉGRÉGATION INTERGRANULAIRE Forces motrices de la ségrégation d'équilibreLes forces motrices sont soit d'origine élastique, soit d'origine électronique. La considération des premières est souvent suffisante pour comprendre l'interaction et pour obtenir des énergies de ségrégation avec une bonne approximation. On distingue deux types d'interactions élastiques les unes Article disponible sur le site http://plastox.edpsciences.org ou http://dx

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“…This is especially true for the most common general (or random) grain boundaries. These boundaries exhibit larger disorder and grain boundary energy compared to special interfaces, where the structure is compact and highly ordered (Bouchet et al 1993;Fabris and Elsässer 2001;Swiatnicki et al 1995). It is expected that general grain boundaries have larger effective grain boundary width than special ones.…”

mentioning

confidence: 98%

Diffusion in yttrium aluminium garnet at the nanometer-scale: Insight into the effective grain boundary width

Marquardt¹,

Ramasse²,

Kisielowski³

et al. 2011

American Mineralogist

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Atomic diffusion along grain boundaries in solids is a key process in many geological environments and in ceramics research. It is closely related to the grain boundary width, which is an important parameter in numerous equations describing diffusional or rheological processes, including plastic deformation of polycrystals, intergranular failure, and recrystallization. Here, we studied diffusion along a single well-characterized, near Σ5 grain boundary in yttrium aluminum garnet (YAG) using different transmission electron microscopy methods at atomic resolution. For the diffusion experiment, YAG thin-films containing Yb as diffusant were deposited perpendicular to the grain boundary on the bicrystal. We investigated the grain boundary using a focal series in combination with multislice calculations that yield the electron exit wave. This, coupled with chemically sensitive Z-contrast images, as well as the Yb distribution over the grain boundary measured using electron energy loss spectroscopy, show the zone of enhanced Yb diffusion parallel to the grain boundary. This zone of enhanced diffusion is often considered as the effective grain boundary width.Profiles from the boundary into the crystal volume suggest a highly permeable zone of about 18 nm, which we assume to be the effective grain boundary width for diffusional processes. The effective width strongly differs from the structural grain boundary width of about 2 nm in the present study. Furthermore, it is much shorter compared to the calculated volume diffusion profile. We conclude that the combination of small samples and transmission electron microscopy at atomic resolution are excellent tools to study varying processes, such as diffusion, deformation, or reactions at the atomic scale.

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Structure and chemistry of grain boundaries in yttria doped aluminas

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Effects of Yttrium Doping α‐Alumina: I, Microstructure and Microchemistry

Effects of Yttrium Doping α‐Alumina: I, Microstructure and Microchemistry

Physico-chimie des joints de grains : ségrégation - précipitation

Diffusion in yttrium aluminium garnet at the nanometer-scale: Insight into the effective grain boundary width

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