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难以置信:研究人员发现碳化硅晶界存在碳富集现象
2020年05月28日 发布 分类:技术前沿 点击量:234
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多晶陶瓷大多是晶体颗粒的混合物,在微观层面,它们就像是用石灰浆固定在一起的石块墙壁。与此相似的是,陶瓷浆料的强度决定陶瓷的强度,对应的是晶体颗粒结合在一起的区域,也被称为晶界。

碳化硅晶界存在碳富集现象 

过去,许多科学家认为陶瓷中的晶界具有高度稳定的化学性质。然而,根据威斯康星大学麦迪逊分校材料科学工程师最近的一项研究,情况并非如此。当材料受到辐射时,碳原子聚集在碳化硅陶瓷的晶界上。这一发现可能有助于工程师深入了解陶瓷的特性,并有助于完善一系列新的陶瓷材料。研究结果将于2020年6月发表在《自然材料》杂志上。

金属合金中的偏析现象是指金属原子可以很容易地混合和分解,因为它们自由地共享电子。当金属原子受到离子辐射时,金属中的一些原子会离开原来的位置,向晶界移动;然而,如果不同类型的原子以不同的速度移动,就很容易改变合金的化学性质。陶瓷与金属不同,李子健的结合力非常强,因此科学家们一直都认为陶瓷不存在偏析现象。然而,威斯康星大学麦迪逊分校材料研究人员在研究碳化硅陶瓷晶界时发现并非如此。

理论上,碳化硅中的硅和碳原子应该一对一配对。但是当研究人员进行模拟成像时,发现晶界中碳的浓度只有45%。这意味着,碳化硅对辐射引起的偏析也很敏感。研究人员使用离子辐射轰击靶体,发现晶界部位在300℃-600℃之间的碳富集。

辐照后,碳化硅中的松散碳原子向晶界移动 

示意图:在辐照后,碳化硅中的松散碳原子向晶界移动

辐射迫使一些碳原子离开原位,并在碳化硅中产生一些缺陷,如碳原子出现松散的间隙,这些游离碳转移到晶界并影响了碳化硅陶瓷的理化性质。这种现象很难令人置信,并且也很难进行分析。

橡树岭实验室和威斯康星大学麦迪逊分校通过电镜分析多晶碳化硅后认为,这种现象也会发生在其他多晶陶瓷中。这意味着辐射引起的偏析是把双刃剑:一方面它会造成晶界损伤从而降低陶瓷材料性能;一方面它也可以被用于晶界微调的工具,对碳化硅陶瓷进行模型设计。

原文链接:https://www.azom.com/news.aspx?newsID=53537

粉体圈 编译:YUXI

 

 

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