Milyen hatással vannak a ritkaföldfém-oxidok a kerámia bevonatokra?

A kerámiák, a fémes anyagok és a polimer anyagok a három fő szilárd anyagként szerepelnek. A kerámiának számos kiváló tulajdonsága van, mint például a magas hőmérséklet-állóság, a korrózióállóság, a kopásállóság stb., mivel a kerámia atomos kötési módja ionos kötés, kovalens kötés vagy vegyes ion-kovalens kötés nagy kötési energiával. A kerámia bevonat megváltoztathatja az aljzat külső felületének megjelenését, szerkezetét és teljesítményét. A bevonat-alapanyag kompozit az új teljesítménye miatt előnyös. Szervesen ötvözi az aljzat eredeti tulajdonságait a kerámia anyagok magas hőmérséklet-állóságával, nagy kopásállóságával és nagy korrózióállóságával, és teljes mértékben kihasználja a kétféle anyag átfogó előnyeit, így széles körben használják a repülőgépiparban, a repülésben, a nemzetvédelemben, a vegyiparban és más iparágakban.

A ritkaföldfémeket az új anyagok „kincsesházának” nevezik egyedi 4f elektronszerkezete, valamint fizikai és kémiai tulajdonságai miatt. A tiszta ritkaföldfémeket azonban ritkán használják közvetlenül a kutatásban, inkább ritkaföldfém-vegyületeket használnak. A leggyakoribb vegyületek a CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF2, CeS2 és a ritkaföldfém-ferroszilícium. Ezek a ritkaföldfém-vegyületek javíthatják a kerámia anyagok és kerámia bevonatok szerkezetét és tulajdonságait.

Ritkaföldfém-oxidok alkalmazása kerámia anyagokban

A ritkaföldfémek stabilizátorként és szinterelési segédanyagként való hozzáadása a különböző kerámiákhoz csökkentheti a szinterelési hőmérsékletet, javíthatja egyes szerkezeti kerámiák szilárdságát és szívósságát, és ezáltal csökkentheti a gyártási költségeket. Ugyanakkor a ritkaföldfémek nagyon fontos szerepet játszanak a félvezető gázérzékelőkben, mikrohullámú közegekben, piezoelektromos kerámiákban és más funkcionális kerámiákban is. A kutatás megállapította, hogy két vagy több ritkaföldfém-oxid együttes hozzáadása az alumínium-oxid kerámiákhoz jobb, mint egyetlen ritkaföldfém-oxid hozzáadása az alumínium-oxid kerámiákhoz. Optimalizálási teszt után az Y2O3 + CeO2 mutatta a legjobb hatást. Amikor 0,2%Y2O3 + 0,2%CeO2-t adunk hozzá 1490 ℃-on, a szinterelt minták relatív sűrűsége elérheti a 96,2%-ot, ami meghaladja az Y2O3 vagy CeO2 önmagában ritkaföldfém-oxiddal készült minták sűrűségét.

A La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 szinterelődést elősegítő hatása jobb, mint ha csak La2O3-at adnánk hozzá, és a kopásállóság is nyilvánvalóan javul. Ez azt is mutatja, hogy két ritkaföldfém-oxid összekeverése nem egyszerű addíció, hanem kölcsönhatás van közöttük, ami előnyösebb a szinterelődés és az alumínium-oxid kerámiák teljesítményének javítása szempontjából, de az elv még tanulmányozásra vár.

Ezenkívül megállapították, hogy a kevert ritkaföldfém-oxidok szinterelési segédanyagként való hozzáadása javíthatja az anyagok migrációját, elősegítheti az MgO kerámiák szinterelését és növelheti a sűrűséget. Ha azonban a kevert fém-oxidok tartalma meghaladja a 15%-ot, a relatív sűrűség csökken, és a nyitott porozitás növekszik.

Másodszor, a ritkaföldfém-oxidok hatása a kerámia bevonatok tulajdonságaira

A meglévő kutatások azt mutatják, hogy a ritkaföldfémek finomíthatják a szemcseméretet, növelhetik a sűrűséget, javíthatják a mikroszerkezetet és tisztíthatják a határfelületet. Egyedülálló szerepet játszanak a kerámia bevonatok szilárdságának, szívósságának, keménységének, kopásállóságának és korrózióállóságának javításában, ami bizonyos mértékig javítja a kerámia bevonatok teljesítményét és szélesíti a kerámia bevonatok alkalmazási körét.

1

Kerámia bevonatok mechanikai tulajdonságainak javítása ritkaföldfém-oxidokkal

A ritkaföldfém-oxidok jelentősen javíthatják a kerámia bevonatok keménységét, hajlítószilárdságát és szakítószilárdságát. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a bevonat szakítószilárdsága hatékonyan javítható Lao_2 adalékanyagként történő alkalmazásával az Al2O3+3% TiO_2 anyagban, és a szakítószilárdság elérheti a 27,36 MPa-t, ha a Lao_2 mennyisége 6,0%. Ha 3,0% és 6,0% közötti tömegarányú CeO2-t adunk a Cr2O3 anyaghoz, a bevonat szakítószilárdsága 18~25 MPa között van, ami nagyobb, mint az eredeti 12~16 MPa. Amikor azonban a CeO2-tartalom 9,0%, a szakítószilárdság 12~15 MPa-ra csökken.

2

Kerámia bevonat hősokk-állóságának javítása ritkaföldfém bevonattal

A hősokk-állósági vizsgálat fontos minőségi vizsgálat a bevonat és az aljzat közötti kötésszilárdság, valamint a bevonat és az aljzat közötti hőtágulási együttható illeszkedésének tükrözésére. Közvetlenül tükrözi a bevonat azon képességét, hogy ellenálljon a hámlasztásnak, amikor a hőmérséklet használat közben felváltva változik, valamint a bevonat mechanikai ütés- és fáradásállóságát és az aljzathoz való oldalirányú kötődési képességét is tükrözi. Ezért ez a kulcsfontosságú tényező a kerámia bevonat minőségének megítélésében is.

A kutatás azt mutatja, hogy a 3,0% CeO2 hozzáadása csökkentheti a bevonat porozitását és pórusméretét, valamint a pórusok szélén fellépő feszültségkoncentrációt, ezáltal javítva a Cr2O3 bevonat hősokk-állóságát. Az Al2O3 kerámia bevonat porozitása azonban csökkent, és a bevonat kötési szilárdsága és hősokk-állósága jelentősen megnőtt a LaO2 hozzáadása után. Amikor a LaO2 hozzáadása 6% (tömegszázalék), a bevonat hősokk-állósága a legjobb, és a hősokk-állóság elérheti a 218-szorosát, míg a LaO2 nélküli bevonat hősokk-állósága mindössze 163-szoros.

3

A ritkaföldfém-oxidok befolyásolják a bevonatok kopásállóságát

A kerámia bevonatok kopásállóságának javítására használt ritkaföldfém-oxidok többnyire CeO2 és La2O3. Hexagonális réteges szerkezetük jó kenési funkciót mutat, és magas hőmérsékleten is stabil kémiai tulajdonságokat tart fenn, ami hatékonyan javíthatja a kopásállóságot és csökkentheti a súrlódási együtthatót.

A kutatás azt mutatja, hogy a megfelelő mennyiségű CeO2-vel készült bevonat súrlódási együtthatója kicsi és stabil. Jelentések szerint a plazmaszórással előállított nikkel alapú kermetbevonathoz La2O3 hozzáadása nyilvánvalóan csökkentheti a bevonat súrlódási kopását és súrlódási együtthatóját, és a súrlódási együttható stabil, kis ingadozással. A ritkaföldfémet nem tartalmazó bevonat kopási felülete komoly tapadást, rideg törést és lepattogzást mutat. A ritkaföldfémet tartalmazó bevonat azonban gyenge tapadást mutat a kopott felületen, és nincs jele nagy felületű rideg lepattogzásnak. A ritkaföldfémmel adalékolt bevonat mikroszerkezete sűrűbb és kompaktabb, a pórusok száma pedig csökkent, ami csökkenti a mikroszkopikus részecskék által viselt átlagos súrlódási erőt, és csökkenti a súrlódást és a kopást. A ritkaföldfém adalékolása növelheti a kermetek kristálysíkjának távolságát is. Ez a két kristálylap közötti kölcsönhatási erő megváltozásához és a súrlódási együttható csökkenéséhez vezet.

Összefoglalás:

Bár a ritkaföldfém-oxidok nagy eredményeket értek el a kerámia anyagok és bevonatok alkalmazásában, amelyek hatékonyan javíthatják a kerámia anyagok és bevonatok mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait, még mindig sok ismeretlen tulajdonsággal rendelkeznek, különösen a súrlódás és a kopás csökkentése terén. Az anyagok szilárdságának és kopásállóságának a kenési tulajdonságaikkal való együttműködésének fontos irányává vált a tribológia területén, amely érdemes megvitatásra.

Tel.: +86-21-20970332Email：info@shxlchem.com