Se trata en este apartado con unos pocos procedimientos en los cuales el estudio de dislocaciones en la Alúmina se relaciona con procesos aparte de la deformación plástica y el daño por radiación, directamente o indirectamente.

En particular, es deseable tratar con el papel desempeñado por las dislocaciones en los cambios de acomodo de volumen durante la reacción de precipitación a elevada temperatura y para describir los estudios de las cinéticas de aniquilación de dislocación, los cuales pueden proporcionar información tanto del retículo como del conducto de difusión en la α-Alúmina.

Las dislocaciones tienen dos papeles fundamentales en las reacciones de precipitación a elevada temperatura. A no ser que los parámetros de red del origen y de la matriz estén particularmente bien equiparados(es decir con desarraigos < 0.01) y las partículas sean coherentes con la matriz, la interfaz tiene que ser semicoherente o incoherente. En el último caso, la estructura es similar a la de una frontera de grano de gran ángulo. Una interfaz semicoherente consiste en una selección de dislocaciones uniformemente espaciadas. Si el espaciamiento de dislocación es s; la tensión de desarraigo e acomodada por la selección de dislocaciones es b/s; cualquier desarraigo adicional deberá ser acomodado elásticamente.(Si el vector Burgers no permanece en el plano de la interfaz, entonces es la componente de b resuelta en el plano de la interfaz la que es efectiva mitigando la tensión de desarraigo). En el caso de que una aguja de material como rutilo precipite en la α-Alúmina, donde los planos de rutina precipitado/matriz son (0001) y, alternando dislocaciones espaciadas 5.5 nm aparte y dislocaciones espaciadas 7 nm aparte, respectivamente, esta fue pensada para estar presente para mitigar la tensión del retículo, aunque las selecciones de dislocaciones br con estos mismos espaciamientos no pueden ser descartadas(Figura 8).


Figura 8

La figura muestra un precipitado de rutilo(R) en una matriz de zafiro(S) mostrando las dislocaciones de interfaz y las dislocaciones romboédricas que lo rodean (br) con algunos segmentos basales cortos (bb).

Una necesidad más sutil para las dislocaciones durante las reacciones de precipitación es llevar fuera (o introducir) el volumen de exceso (déficit) cuando el precipitado es menos (más) denso que la matriz. En sistemas metálicos, esto habitualmente conseguido por el flujo plástico convencional. En zafiro estrella(tal como se indicaba en la página 6), el subretículo de Oxígeno del rutilo precipitado es un 9.3% menos denso que el subretículo de Oxígeno en la α-Alúmina; el rutilo no tiene tal empaquetamiento cerrado como el de la α-Alúmina.

El “exceso” de Alúmina que debe ser eliminado de manera que los precipitados de rutilo puedan formar un “revestimiento” en los planos basales como lazos intersticiales de ascenso con vectores Burgers romboédricos(Figura 8); las dislocaciones br posteriormente reaccionan vía la reacción 9 para formar una red. De hecho, el área de lazo de “salida” por unidad de volumen de precipitado de rutilo puede ser utilizada como una medida muy precisa de la densidad de la solución sólida de Alúmina Ti-envenenada previa a la precipitación.

Esto, y precisas medidas de los parámetros de red de la solución sólida, permitió a algunos investigadores llegar a la conclusión de que el defecto de carga compensante para Ti4+ era un Oxígeno intersticial (probablemente en un conjunto defectuoso) y no la comúnmente aceptada vacante de Aluminio.

Finalmente, estudios de la aniquilación de dislocación permitieron medidas de la difusión de retículo y de conducto de maneras que deben ser más simples que las medidas de indicador y que permiten la determinación de la difusividad para las temperaturas lo más bajas posibles con las técnicas de indicador. Esta aproximación usada en la α-Alúmina, la cual ha sido deformada por deslizamiento basal a elevadas temperaturas(>1200ºC). Como se menciono en la sección de Dislocaciones Basales, los dipolos de dislocaciones basales en arista son destacados constituyentes de los remanentes de dislocación. Los dipolos pueden convertirse en lazos alargados de final simple o de final doble mediante ascenso o deslizamiento cruzado de los componentes helicoidales de las dislocaciones individuales, y fomentan la separación en pequeños círculos o casi circulares(razón de orientación £ 5) lazos prismáticos. La formación de lazos prismáticos ocurre por ascenso propio, un proceso controlado por las cinéticas de difusión de conducto (Dp). Estos pequeños lazos prismáticos son también inestables y pueden volverse bastos por deslizamiento o ascenso propio o, más importantemente, pueden verse reducidos por ascenso puro, un proceso controlado por las cinéticas de difusión de retículo (Dl). Para ambos ascenso propio y difusión de conducto, y ascenso puro y difusión de retículo, las cantidades estequiométricas de Aluminio y Oxígeno deben de ser aumentadas o restadas de la línea de dislocación, y el proceso en cada caso es controlado por la especie más lenta (lo cual puede no ser lo mismo en los dos procesos de ascenso).

Un estudio de la dispersión del dipolo simple, o de la reducción del lazo prismático simple, proporcionó una medida de Dp y Dl respectivamente. Esto fue llevado a cabo mediante la caracterización de la subestructura de dislocación en una delgada lámina mediante Microscopía electrónica de transmisión, mediante el recocido de la lámina para un tiempo dado a una temperatura dada, y estudiando los cambios causados en el ahora bien caracterizado remanente de dislocación. Para datar, las cinéticas de difusión de retículo han sido medidas para temperaturas entre 1200ºC y 1500ºC para zafiro no envenenado y para zafiro envenenado tanto sea por Mg2+ o por Ti4+; los resultados están mostrados en la Figura 9. Porque, se espera que las cinéticas de aniquilación de dislocación puedan producir datos acerca de ; es gratificante ver que los resultados son excelentemente acordes con la extrapolación de tres estudios de indicadores (Figura 9). Las medidas de tan bajas como 10-23 m2/s han sido realizadas sin mayor dificultad alguna.

Las medidas en los cristales envenenados son coherentes con las ideas de que las concentraciones de vacante de Oxígeno (suponiendo que el Oxígeno de difunde por un mecanismo de vacante) son, respectivamente, incrementados y decrecidos por los solutos Mg2+ y Ti4+.

Las difusividades más adecuadas para los nuevos datos de la Figura 9 son:

El trabajo realizado en la difusión de conducto es preliminar en este momento, pero los datos iniciales indicaban que Dp ~ 103Dl.


Figura 9

La figura muestra los coeficientes de difusión D frente a 1/T derivado de los estudios de recocido de lazo(Estudios de Deformación y Difusión en Zafiro α-Alúmina). Los datos del indicador para la difusión de Oxígeno también están incluidos.

Mar, 28/03/2006 - 11:22