AlkalmazásaRitkaföldkompozit anyagokban
A ritkaföldfémek egyedi 4f elektronszerkezettel, nagy atommágneses momentummal, erős spin-csatolással és egyéb jellemzőkkel rendelkeznek. Más elemekkel komplexeket képezve koordinációs számuk 6 és 12 között változhat. A ritkaföldfém-vegyületek változatos kristályszerkezettel rendelkeznek. A ritkaföldfémek különleges fizikai és kémiai tulajdonságai széles körben alkalmazzák őket kiváló minőségű acélok és színesfémek, speciális üvegek és nagy teljesítményű kerámiák, állandó mágneses anyagok, hidrogéntároló anyagok, lumineszcens és lézeranyagok, nukleáris anyagok és más területeken. A kompozit anyagok folyamatos fejlesztésével a ritkaföldfémek alkalmazása a kompozit anyagok területére is kiterjedt, széles körű figyelmet kapva a heterogén anyagok közötti határfelületi tulajdonságok javítására.
A ritkaföldfémek főbb alkalmazási formái a kompozit anyagok előállításában a következők: ① hozzáadásritkaföldfémekkompozit anyagokhoz; ② Adjuk hozzá a következő formában:ritkaföldfém-oxidoka kompozit anyaghoz; ③ A ritkaföldfémekkel adalékolt vagy kötött polimereket kompozit anyagok mátrixanyagaként használják. A ritkaföldfémek fenti három alkalmazási formája közül az első két formát többnyire fémmátrixú kompozitokhoz adják, míg a harmadikat főként polimer mátrixú kompozitokhoz, a kerámia mátrixú kompozitot pedig főként a második formában adják hozzá.
Ritkaföldfőként fémmátrixú és kerámia mátrixú kompozitokra hat adalékanyagok, stabilizátorok és szinterező adalékok formájában, jelentősen javítva azok teljesítményét, csökkentve a termelési költségeket és lehetővé téve ipari alkalmazását.
A ritkaföldfémek adalékanyagként való hozzáadása a kompozit anyagokhoz főként a kompozit anyagok határfelületi teljesítményének javításában és a fémmátrix szemcsék finomodásának elősegítésében játszik szerepet. A hatásmechanizmus a következő.
① Javítja a nedvesíthetőséget a fémmátrix és az erősítő fázis között. A ritkaföldfémek elektronegativitása viszonylag alacsony (minél kisebb a fémek elektronegativitása, annál aktívabb a nemfémek elektronegativitása). Például a La értéke 1,1, a Ce értéke 1,12, az Y értéke pedig 1,22. A közönséges nemesfém, a Fe elektronegativitása 1,83, a Ni értéke 1,91, az Al értéke pedig 1,61. Ezért a ritkaföldfémek az olvasztási folyamat során előnyösen a fémmátrix és az erősítő fázis szemcsehatárain adszorbeálódnak, csökkentve határfelületi energiájukat, növelve a határfelület tapadási munkáját, csökkentve a nedvesítési szöget, és ezáltal javítva a mátrix és az erősítő fázis közötti nedvesíthetőséget. Kutatások kimutatták, hogy a La elem hozzáadása az alumínium mátrixhoz hatékonyan javítja az AlO₂ és az alumíniumfolyadék nedvesíthetőségét, és javítja a kompozit anyagok mikroszerkezetét.
② Elősegíti a fémmátrix szemcséinek finomodását. A ritkaföldfémek oldhatósága a fémkristályban kicsi, mivel a ritkaföldfémek atomsugara nagy, a fémmátrix atomsugara pedig viszonylag kicsi. A nagyobb sugarú ritkaföldfémek bejutása a mátrixrácsba rácstorzulást okoz, ami növeli a rendszer energiáját. A lehető legalacsonyabb szabadenergia fenntartása érdekében a ritkaföldfém atomok csak a szabálytalan szemcsehatárok felé tudnak dúsulni, ami bizonyos mértékig akadályozza a mátrix szemcséinek szabad növekedését. Ugyanakkor a dúsított ritkaföldfémek más ötvözőelemeket is adszorbeálnak, növelve az ötvözőelemek koncentrációgradiensét, lokális komponens-túlhűtést okozva, és fokozva a folyékony fémmátrix heterogén nukleációs hatását. Ezenkívül az elemi szegregáció okozta túlhűtés elősegítheti a szegregált vegyületek képződését, és hatékony heterogén nukleációs részecskékké válhat, ezáltal elősegítve a fémmátrix szemcséinek finomodását.
③ Szemcsehatárok tisztítása. A ritkaföldfémek és az olyan elemek, mint az O, S, P, N stb. közötti erős affinitás miatt az oxidok, szulfidok, foszfidok és nitridek képződésének standard szabadenergiája alacsony. Ezek a vegyületek magas olvadásponttal és alacsony sűrűséggel rendelkeznek, némelyikük eltávolítható az ötvözetfolyadékból felúszva, míg mások egyenletesen oszlanak el a szemcsén belül, csökkentve a szennyeződések szétválását a szemcsehatáron, ezáltal tisztítva a szemcsehatárt és javítva annak szilárdságát.
Meg kell jegyezni, hogy a ritkaföldfémek nagy aktivitása és alacsony olvadáspontja miatt, amikor fémmátrixú kompozithoz adják őket, az oxigénnel való érintkezésüket az adagolási folyamat során különösen szabályozni kell.
Számos gyakorlati tapasztalat igazolja, hogy a ritkaföldfém-oxidok stabilizátorként, szinterelési segédanyagként és adalékmódosítóként való hozzáadása különböző fémmátrixú és kerámia mátrixú kompozitokhoz jelentősen javíthatja az anyagok szilárdságát és szívósságát, csökkentheti szinterelési hőmérsékletüket, és ezáltal csökkentheti a gyártási költségeket. A hatásmechanizmus fő része a következő.
① Szinterelő adalékanyagként elősegítheti a szinterelést és csökkentheti a porozitást a kompozit anyagokban. A szinterelő adalékanyagok hozzáadásával magas hőmérsékleten folyékony fázist hozhat létre, csökkentheti a kompozit anyagok szinterelési hőmérsékletét, gátolhatja az anyagok magas hőmérsékletű bomlását a szinterelési folyamat során, és sűrű kompozit anyagokat kaphat folyékony fázisú szintereléssel. A ritkaföldfém-oxidok nagy stabilitása, gyenge magas hőmérsékleti illékonysága, valamint magas olvadás- és forráspontja miatt üvegfázist képezhetnek más nyersanyagokkal és elősegíthetik a szinterelést, így hatékony adalékanyaggá válnak. Ugyanakkor a ritkaföldfém-oxid szilárd oldatot is képezhet a kerámia mátrixszal, ami kristályhibákat generálhat benne, aktiválhatja a rácsot és elősegítheti a szinterelést.
2. Javítja a mikroszerkezetet és finomítja a szemcseméretet. Mivel a hozzáadott ritkaföldfém-oxidok főként a mátrix szemcsehatárain találhatók, és nagy térfogatuk miatt a ritkaföldfém-oxidok nagy migrációs ellenállással rendelkeznek a szerkezetben, és akadályozzák más ionok migrációját is, ezáltal csökkentve a szemcsehatárok migrációs sebességét, gátolva a szemcsenövekedést és megakadályozva a szemcsék rendellenes növekedését a magas hőmérsékletű szinterezés során. Kis és egyenletes szemcséket kaphatnak, ami elősegíti a sűrű szerkezetek kialakulását; Másrészt a ritkaföldfém-oxidok adalékolásával belépnek a szemcsehatár üvegfázisába, javítva az üvegfázis szilárdságát, és így elérve az anyag mechanikai tulajdonságainak javítását célzó célt.
A polimer mátrixú kompozitokban található ritkaföldfémek főként a polimer mátrix tulajdonságainak javításával hatnak rájuk. A ritkaföldfém-oxidok növelhetik a polimerek termikus bomlási hőmérsékletét, míg a ritkaföldfém-karboxilátok javíthatják a polivinil-klorid termikus stabilitását. A polisztirol ritkaföldfém-vegyületekkel való adalékolása javíthatja a polisztirol stabilitását, és jelentősen növelheti ütésállóságát és hajlítószilárdságát.
Közzététel ideje: 2023. április 26.