Establecimiento de un modelo teórico general para el estudio de la cinética de transformación vidrio-cristal. Análisis de la cristalización de aleaciones semiconductoras amorfas del sistema ag-as-se

Resumen

Con objeto de justificar valores inesperadamente altos del exponente cinético que se obtienen al analizar la cristalización de algunos materiales amorfos, los cuales no concuerdan con los valores teóricos previstos por los modelos clásicos, como el de Avrami, se ha generalizado la teoría formal de la cinética de transformación vidrio-cristal considerando el efecto de interferencia entre regiones que crecen desde núcleos distintos y proponiendo, de acuerdo con la literatura, leyes potenciales para la dependencia temporal explícita de la frecuencia de nucleación y de la velocidad de crecimiento cristalino. A partir de la citada generalización se ha desarrollado un modelo teórico general para el estudio de las mencionadas transformaciones, presentándose el modelo de Avrami como un caso particular del modelo desarrollado cuando el factor de interferencia tiende a infinito y donde se asume que la frecuencia de nucleación y la velocidad de crecimiento cristalino no dependen explícitamente del tiempo. Se han obtenido las ecuaciones que permiten determinar los parámetros cinéticos característicos de las mencionadas transformaciones, tanto en régimen isotermo como en régimen no isotermo con calentamiento lineal, y se ha desarrollado un método adecuado de cálculo para la obtención de los citados parámetros a partir de los datos experimentales obtenidos mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC). Con el fin de verificar la validez del modelo teórico general propuesto para el análisis de las transformaciones vidrio-cristal, se ha estudiado la cristalización, en los dos regímenes térmicos considerados, de seis aleaciones amorfas semiconductoras del sistema Ag-As-Se, obtenidas en forma masiva y vítrea mediante enfriamiento brusco en un baño de agua-hielo de la mezcla fundida y homogeneizada de sus elementos del 99.999% de pureza. A partir de los parámetros cinéticos calculados se han establecido, tanto para el modelo propuesto como para el modelo de Avrami, las ecuaciones de evolución de la fracción volumétrica cristalizada y se ha comparado la evolución experimental con la evolución teórica prevista por estos modelos encontrándose, en general, que el modelo teórico general desarrollado se ajusta mejor a los datos experimentales que el modelo de Avrami, verificándose la validez del modelo propuesto en este trabajo para el análisis de las transformaciones vidrio-cristal. Analizando la influencia del recocido en la cristalización no isoterma de las aleaciones estudiadas se ha establecido el tipo de proceso que tiene lugar, nucleación continua o saturación de sitios, y, conocido el tipo de proceso, se ha determinado la dimensionalidad del crecimiento cristalino y los exponentes de las leyes potenciales propuestas para la dependencia temporal explícita de la frecuencia de nucleación y de la velocidad de crecimiento cristalino. La composición definitiva de las aleaciones preparadas se determinó mediante análisis semicuantitativos por energía dispersiva de rayos X (EDS) y el estado de las mismas se verificó mediante difracción de rayos X (DRX) y microscopía electrónica de barrido (SEM). Asimismo, empleando estas técnicas, DRX y SEM, se procedió a la caracterización microestructural de las fases cristalinas formadas durante los tratamientos térmicos.