Microsc. Microanal. Microstruct. 4, 561-573 (1993)
DOI: 10.1051/mmm:0199300406056100

Structure and chemistry of grain boundaries in yttria doped aluminas

Danièle Bouchet¹, Frédéric Dupau² et Sylvie Lartigue-Korinek<sup>3

1</sup>  Laboratoire de Physique des Solides, UA CNRS 002, Bât. 510, Université Paris Sud, 91405 Orsay, France
²  ETCA, CREA, PS 10, 16 bis Av. Prieur de la Côte d'or, 94114 Arcueil, France
³  Laboratoire de Métallurgie Structurale, UA CNRS 1107, Bât. 413, Université Paris Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
The structure and chemistry of grain boundaries (GB's) are investigated by TEM in an alumina codoped with magnesia and yttria and an alumina doped with only yttria. Yttrium is segregated in the two materials at nearly all GB's. A segregation of silicon occurs in the annealed alumina GB's, generally lower than yttrium segregation, in agreement with a driving force energy resulting from elastic interaction. A relationship between the GB plane orientation and the nature and content of segregated species has been evidenced: a preferential segregation of yttrium occurs in GB's whose plane is parallel to the (0112) plane in one grain. Silicon is highly segregated at GB's parallel to the basal (0001) plane in one grain, showing that the driving force for segregation of this aliovalent solute also includes charge effects. Finally, a preferential segregation of yttrium occurs on GB dislocations, in agreement with the strengthening effect of yttrium during superplastic deformation of alumina.

Résumé
Nous avons étudié la structure et la chimie des joints de grains de deux alumines, l'une codopée à la magnésie et à l'yttrium et l'autre dopée uniquement à l'yttrium. Pour les deux matériaux, l'yttrium est ségrégé dans tous les joints sauf un. L'échantillon recuit présente une ségrégation intergranulaire de silicium, généralement plus faible que la ségrégation d'yttrium dans le même joint. Nous avons mis en évidence une relation entre l'orientation du plan de joint et la nature et la quantité d'espèces ségrégées. Les joints dont le plan est parallèle au plan (0112) dans un des grains présentent une ségrégation préférentielle d'yttrium. Le silicium est fortement ségrégé dans les joints parallèles au plan basal (0001). Ceci montre que la force motrice pour les ségrégations fait intervenir les effets de charge et l'interaction élastique. Enfin, nous avons mis en évidence une ségrégation d'yttrium sur les dislocations intergranulaires.

PACS
6172M - Grain and twin boundaries.
6172W - Doping and impurity implantation in other materials.

Key words
Experimental study -- Crystal defects -- Grain boundaries -- Doped materials -- Codoping -- Annealing -- Segregation -- Crystal orientation -- Microstructure -- Aluminium oxides -- Yttrium additions -- Structure of liquids -- Structure of solids -- Crystallography -- Condensed matter physics -- Materials science -- Physics -- Condensed state physics -- Inorganic compounds


© EDP Sciences 1993