ВПЛИВ МІКРОХВИЛЬОВОГО НАГРІВУ НА ПРОЦЕСИ МАСОПЕРЕНОСУ, ФАЗОУТВОРЕННЯ І МІКРОСТРУКТУРНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ В ДИФУЗІЙНІЙ ПАРІ Y₂O₃–Al₂O₃

Анотація

Методами оптичної і растрової електронної мікроскопії і мікрорентгеноспектрального аналізу на двошарових зразках системи Y₂O₃–Al₂O₃ різною структурою вихідних шарів проведені порівняльні дослідження фазового складу, кінетики росту фаз і змін структури дифузійних зон, що формуються в умовах мікрохвильового (МХН) і традиційного (ТН) нагрівання. Дифузійний відпал проведено при температурі 1700 °С і витримці 5 год у вакуумі, швидкість нагрівання в усіх дослідах - 10 °/хв. МХН здійснювали на гіротронній установці при частоті 24 ГГц. Для дифузійних пар використано шари оксиду алюмінію - крупнокристалічний полікор або спечений зразок Al₂O₃ –5% (об.) ZrO₂, і шари оксиду ітрію у вигляді спеченого крупнокристалічного зразка або дисперсного порошку Y₂O₃, нанесеного на поверхню Al₂O₃. Показано, що набір фаз, які формуються при реактивній дифузії, не відповідає однозначно рівноважній фазовій діаграмі, а змінюється зі зміною вихідної структури контактуючих шарів і типу нагрівання. Це пов"язується із внеском кінетичних факторів у процес конкурентного росту фаз, а саме із структурною чутливістю коефіцієнтів дифузії, в міру яких здійснюється дифузійний ріст фаз, а також з напругами, обумовленими появою нових фаз. Встановлено ефект впливу МХН на процес конкурентного росту фаз в системі Al₂O₃-Y₂O₃, який полягає як в зміні фазового складу дифузійної зони в порівнянні з тим, що формується при ТН, так і в значному прискоренні росту фаз. Максимальний ефект прискорення при МХН відбувається для фази YAG, швидкість росту якої зросла більш ніж в 30 разів порівняно зі швидкістю росту при ТН. Запропоновано механізм прискореного впливу МХН на ріст фаз, який базується на зміні структури ГЗ і, відповідно, збільшенні їх дифузійної проникності в умовах МХН. Збільшення вкладу граничної дифузії робить можливим ріст фази YAG в обох оксидах завдяки наявності зустрічних потоків іонів Al³⁺ і Y³⁺ через шар фази до її протилежних границь в той час, як при ТН фаза YAG формується тільки в оксиді Y₂O₃ при уніполярній дифузії іонів Al³⁺ у бік Y₂O₃. Обгрунтованість запропонованого механізму підтверджена чисельними оцінками.