Milyen hatással vannak a ritkaföldfém-oxidok a kerámiabevonatokban?

A három fő szilárd anyag a kerámiák, fémanyagok és polimer anyagok. A kerámiának számos kiváló tulajdonsága van, például magas hőmérséklet-állóság, korrózióállóság, kopásállóság stb., mert a kerámia atomi 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-aljzat kompozit előnyben részesíti új teljesítményét. Organikusan egyesítheti a szubsztrátum eredeti jellemzőit a kerámia anyagok magas hőmérséklet-állósága, nagy kopásállósága és magas korrózióállósága jellemzőivel, és teljes mértékben kihasználhatja a kétféle anyag átfogó előnyeit, ezért széles körben használják az űrben. , repülés, honvédelem, vegyipar és egyéb iparágak.

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

Ritkaföldfém-oxidok alkalmazása kerámia anyagokban

Ritkaföldfém elemek stabilizátorként történő hozzáadása és szinterezési segédanyag különböző kerámiákhoz csökkentheti a szinterezési hőmérsékletet, javíthatja egyes szerkezeti kerámiák szilárdságát és szívósságát, és ezáltal csökkentheti a gyártási költségeket. Ugyanakkor a ritkaföldfém elemek nagyon fontos szerepet játszanak a félvezető gázérzékelőkben, mikrohullámú közegekben, piezoelektromos kerámiákban és más funkcionális kerámiákban is. A kutatás megállapította, hogy „Két vagy több ritkaföldfém-oxidot együtt adunk a timföldkerámiához jobb, mint egyetlen ritkaföldfém-oxidot hozzáadni a timföldkerámiához. Az optimalizálási teszt után az Y2O3+CeO2 a legjobb hatást. Ha 0,2%Y2O3+0,2%CeO2-t adunk hozzá 1490°C-on, a szinterezett minták relatív sűrűsége elérheti a 96,2%-ot, ami meghaladja a ritkaföldfém-oxid Y2O3-mal vagy CeO2-vel önmagában vett minták sűrűségét.

A La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 szinterezést elősegítő hatása jobb, mint a csak La2O3 hozzáadása, és a kopásállóság is nyilvánvalóan javult. Ebből is látszik, hogy két ritkaföldfém-oxid összekeverése nem egyszerű hozzáadás, hanem kölcsönhatás lép fel közöttük, ami előnyösebb a timföldkerámiák szinterezésére és teljesítményének javítására, de az elvet még tanulmányozni kell.

Ezenkívül azt találták, hogy kevert ritkaföldfém-oxidok szinterezési AIDS-ként történő hozzáadása javíthatja az anyagok migrációját, elősegítheti a MgO kerámiák szinterezését és javíthatja a sűrűséget. Ha azonban a kevert fémoxid-tartalom meghaladja a 15%-ot, a relatív sűrűség csökken, és a nyitott porozitás nő.

Másodszor, a ritkaföldfém-oxidok hatása a kerámia bevonatok tulajdonságaira

A meglévő kutatások azt mutatják, hogy a ritkaföldfém elemek finomíthatják a szemcseméretet, növelhetik a sűrűséget, javíthatják a mikrostruktúrát és megtisztíthatják a határfelületet. Egyedülálló szerepet játszik a kerámia bevonatok szilárdságának, szívósságának, keménységének, kopásállóságának és korrózióállóságának javításában, ami bizonyos mértékig javítja a kerámiabevonatok teljesítményét és kiszélesíti 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, ha Lao _ 2-t használunk adalékként Al2O3+3% TiO _ 2 anyagban, és a szakítószilárdság elérheti a 27,36 MPa-t, ha a Lao _ 2 mennyisége 6,0 %. 3,0% és 6,0% tömeghányadú CeO2 hozzáadása a Cr2O3 anyaghoz, a bevonat szakítószilárdsága 18-25 MPa között van, ami nagyobb, mint az eredeti 12-16 MPa Ha azonban a CeO2-tartalom 9,0%, a szakítószilárdság a kötési szilárdság 12-15 MPa-ra csökken.

2

Kerámia bevonat hősokkállóságának javítása ritkaföldfémekkel

A hősokkállósági teszt fontos teszt a bevonat és a hordozó közötti kötési szilárdság, valamint a bevonat és a hordozó közötti hőtágulási együttható megfelelőségének minőségi tükrözésére. Közvetlenül tükrözi a bevonat azon képességét, hogy ellenáll a hámlásnak, amikor a hőmérséklet felváltva változik a használat során, és azt is tükrözi, hogy a bevonat mennyire ellenáll a mechanikai ütésnek való kifáradásnak és az aljzathoz való oldalról történő tapadási képességét. Ezért ez is kulcsfontosságú tényező a a kerámia bevonat minősége.

A kutatás azt mutatja, hogy 3,0% CeO2 hozzáadása csökkentheti a bevonat porozitását és pórusméretét, valamint csökkentheti a feszültségkoncentrációt a pórusok szélén, így javítva a Cr2O3 bevonat hősokkállóságát. Az Al2O3 kerámia bevonat porozitása azonban csökkent, és a bevonat kötési szilárdsága és hősokk-tönkremeneteli élettartama nyilvánvalóan nőtt LaO2 hozzáadása után. Ha a hozzáadott LaO2 mennyisége 6% (tömeghányad), a bevonat hősokkállósága a legjobb, és a hősokk meghibásodásának élettartama elérheti a 218-szorost, míg a LaO2 nélküli bevonat hősokk meghibásodásának élettartama csak 163 alkalommal.

3

A ritkaföldfém-oxidok befolyásolják a bevonatok kopásállóságát

A kerámia bevonatok kopásállóságának javítására használt ritkaföldfém-oxidok többnyire a CeO2 és La2O3. Hatszögletű réteges szerkezetük jó kenési funkciót mutat, és stabil kémiai tulajdonságokat tarthat fenn magas hőmérsékleten, ami hatékonyan javítja a kopásállóságot és csökkenti a súrlódási együtthatót.

A kutatás azt mutatja, hogy a megfelelő mennyiségű CeO2 bevonat súrlódási tényezője kicsi és stabil. Beszámoltak arról, hogy a La2O3 hozzáadása a plazmaszórt nikkel alapú cermetbevonathoz nyilvánvalóan csökkentheti a súrlódási kopást és a bevonat súrlódási együtthatóját, és a súrlódási együttható stabil, kis ingadozással. A ritkaföldfém nélküli burkolóréteg kopófelülete komoly tapadást és rideg törést és repedést mutat, a ritkaföldfémeket tartalmazó bevonat azonban gyenge tapadást mutat a kopott felületen, és nincs jele nagy felületű rideg repedésnek. A ritkaföldfémekkel adalékolt bevonat mikroszerkezete sűrűbb és tömörebb, a pórusok pedig csökkentek, ami csökkenti a mikroszkopikus részecskék által viselt átlagos súrlódási erőt, valamint csökkenti a súrlódást és a kopást. a két kristályfelület közötti kölcsönhatási erő változására és csökkenti a súrlódási együtthatót.

Összegzés:

Bár a ritkaföldfém-oxidok nagy eredményeket értek el a kerámia anyagok és bevonatok alkalmazása terén, amelyek hatékonyan javíthatják a kerámia anyagok és bevonatok mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait, még mindig sok ismeretlen tulajdonság van, különösen a súrlódás és a kopás csökkentésében. Az anyagok szilárdsága és kopásállósága együttműködik kenési tulajdonságaikkal, fontos, megvitatásra méltó irányvonal lett a tribológia területén.

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