Toepassing vanSkaars Aardein Saamgestelde Materiale
Skaars aardelemente het 'n unieke 4f elektroniese struktuur, groot atoommagnetiese moment, sterk spinkoppeling en ander eienskappe. Wanneer komplekse met ander elemente gevorm word, kan hul koördinasiegetal wissel van 6 tot 12. Skaars aardverbindings het 'n verskeidenheid kristalstrukture. Die spesiale fisiese en chemiese eienskappe van seldsame aardelemente maak hulle wyd gebruik in die smelt van hoëgehalte staal en nie-ysterhoudende metale, spesiale glas en hoëprestasie-keramiek, permanente magneetmateriale, waterstofbergingsmateriale, luminescerende en lasermateriale, kernmateriale en ander velde. Met die voortdurende ontwikkeling van saamgestelde materiale het die toepassing van seldsame aardelemente ook uitgebrei na die veld van saamgestelde materiale, wat wydverspreide aandag trek in die verbetering van die koppelvlak-eienskappe tussen heterogene materiale.
Die belangrikste toepassingsvorme van seldsame aarde in die voorbereiding van saamgestelde materiale sluit in: ① byvoegingseldsame aardmetaleaan saamgestelde materiale; ② Voeg by in die vorm vanseldsame aardoksiedeaan die saamgestelde materiaal; ③ Polimere wat met seldsame aardmetale in polimere gedoteer of gebind is, word as matriksmateriale in saamgestelde materiale gebruik. Onder die bogenoemde drie vorme van seldsame aardmetale-toepassing word die eerste twee vorme meestal by metaalmatrikskomposiete gevoeg, terwyl die derde hoofsaaklik by polimeermatrikskomposiete toegepas word, en die keramiekmatrikskomposiete hoofsaaklik in die tweede vorm bygevoeg word.
Skaars aardewerk hoofsaaklik op metaalmatriks- en keramiekmatrikskomposiete in die vorm van bymiddels, stabiliseerders en sinterbymiddels, wat hul werkverrigting aansienlik verbeter, produksiekoste verminder en die industriële toepassing daarvan moontlik maak.
Die byvoeging van seldsame aardelemente as bymiddels in saamgestelde materiale speel hoofsaaklik 'n rol in die verbetering van die koppelvlakprestasie van saamgestelde materiale en die bevordering van die verfyning van metaalmatrikskorrels. Die werkingsmeganisme is soos volg.
① Verbeter die benatbaarheid tussen die metaalmatriks en die versterkingsfase. Die elektronegatiwiteit van seldsame aardelemente is relatief laag (hoe kleiner die elektronegatiwiteit van metale, hoe meer aktief is die elektronegatiwiteit van niemetale). Byvoorbeeld, La is 1.1, Ce is 1.12, en Y is 1.22. Die elektronegatiwiteit van gewone basismetaal Fe is 1.83, Ni is 1.91, en Al is 1.61. Daarom sal seldsame aardelemente verkieslik adsorbeer op die korrelgrense van die metaalmatriks en versterkingsfase tydens die smeltproses, wat hul koppelvlakenergie verminder, die adhesiewerk van die koppelvlak verhoog, die benattingshoek verminder, en sodoende die benatbaarheid tussen die matriks en versterkingsfase verbeter. Navorsing het getoon dat die byvoeging van die La-element tot die aluminiummatriks die benatbaarheid van AlO en aluminiumvloeistof effektief verbeter, en die mikrostruktuur van saamgestelde materiale verbeter.
② Bevorder die verfyning van metaalmatrikskorrels. Die oplosbaarheid van seldsame aardelemente in metaalkristalle is klein, omdat die atoomradius van seldsame aardelemente groot is, en die atoomradius van die metaalmatriks relatief klein is. Die toetrede van seldsame aardelemente met 'n groter radius in die matriksrooster sal roostervervorming veroorsaak, wat die stelselenergie sal verhoog. Om die laagste vrye energie te handhaaf, kan seldsame aardatome slegs verryk na onreëlmatige korrelgrense, wat tot 'n mate die vrye groei van matrikskorrels belemmer. Terselfdertyd sal die verrykte seldsame aardelemente ook ander legeringselemente adsorbeer, wat die konsentrasiegradiënt van legeringselemente verhoog, wat plaaslike komponentonderkoeling veroorsaak en die heterogene nukleasie-effek van die vloeibare metaalmatriks versterk. Daarbenewens kan die onderkoeling wat deur elementêre segregasie veroorsaak word, ook die vorming van gesegregeerde verbindings bevorder en effektiewe heterogene nukleasiedeeltjies word, wat die verfyning van die metaalmatrikskorrels bevorder.
③ Suiwer korrelgrense. As gevolg van die sterk affiniteit tussen seldsame aardelemente en elemente soos O, S, P, N, ens., is die standaard vrye vormingsenergie vir oksiede, sulfiede, fosfiede en nitride laag. Hierdie verbindings het 'n hoë smeltpunt en lae digtheid, waarvan sommige verwyder kan word deur op te dryf uit die legeringsvloeistof, terwyl ander eweredig binne die korrel versprei is, wat die segregasie van onsuiwerhede by die korrelgrens verminder, waardeur die korrelgrens gesuiwer word en die sterkte daarvan verbeter word.
Daar moet kennis geneem word dat, as gevolg van die hoë aktiwiteit en lae smeltpunt van seldsame aardmetale, wanneer hulle by metaalmatrikskomposiet gevoeg word, hul kontak met suurstof spesiaal beheer moet word tydens die byvoegingsproses.
'n Groot aantal praktyke het bewys dat die byvoeging van seldsame aardoksiede as stabiliseerders, sinterhulpmiddels en doteringsmodifiseerders tot verskillende metaalmatriks- en keramiekmatrikskomposiete die sterkte en taaiheid van materiale aansienlik kan verbeter, hul sintertemperatuur kan verlaag en sodoende produksiekoste kan verminder. Die hoofmeganisme van die werking daarvan is soos volg.
① As 'n sintertoevoeging kan dit sintering bevorder en porositeit in saamgestelde materiale verminder. Die byvoeging van sintertoevoegings is om 'n vloeibare fase by hoë temperature te genereer, die sintertemperatuur van saamgestelde materiale te verminder, die hoëtemperatuur-ontbinding van materiale tydens die sinterproses te inhibeer, en digte saamgestelde materiale deur vloeibare fase-sintering te verkry. As gevolg van die hoë stabiliteit, swak hoëtemperatuur-vlugtigheid en hoë smelt- en kookpunte van seldsame aardoksiede, kan hulle glasfases met ander grondstowwe vorm en sintering bevorder, wat hulle 'n effektiewe toevoeging maak. Terselfdertyd kan die seldsame aardoksied ook 'n vaste oplossing met die keramiekmatriks vorm, wat kristaldefekte binne kan genereer, die rooster kan aktiveer en sintering kan bevorder.
② Verbeter mikrostruktuur en verfyn korrelgrootte. As gevolg van die feit dat die bygevoegde seldsame aardoksiede hoofsaaklik by die korrelgrense van die matriks voorkom, en as gevolg van hul groot volume, het seldsame aardoksiede hoë migrasieweerstand in die struktuur, en belemmer ook die migrasie van ander ione, waardeur die migrasietempo van korrelgrense verminder word, korrelgroei belemmer word en die abnormale groei van korrels tydens hoëtemperatuursintering belemmer word. Hulle kan klein en eenvormige korrels verkry, wat bevorderlik is vir die vorming van digte strukture; Aan die ander kant, deur seldsame aardoksiede te doteer, betree hulle die korrelgrensglasfase, wat die sterkte van die glasfase verbeter en sodoende die doel bereik om die meganiese eienskappe van die materiaal te verbeter.
Seldsame aardelemente in polimeermatrikskomposiete beïnvloed hulle hoofsaaklik deur die eienskappe van die polimeermatriks te verbeter. Seldsame aardoksiede kan die termiese ontbindingstemperatuur van polimere verhoog, terwyl seldsame aardkarboksilate die termiese stabiliteit van polivinielchloried kan verbeter. Dotering van polistireen met seldsame aardverbindings kan die stabiliteit van polistireen verbeter en die impaksterkte en buigsterkte daarvan aansienlik verhoog.
Plasingstyd: 26 Apr-2023