Toepassing vanSkaars Aardein saamgestelde materiale
Skaars aardelemente het 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. Seldsame aardverbindings het 'n verskeidenheid kristalstrukture.Die spesiale fisiese en chemiese eienskappe van skaars aardes maak dit wyd gebruik in die smelt van hoë kwaliteit staal en nie-ysterhoudende metale, spesiale glas en hoëprestasie keramiek, permanente magneet materiale, waterstofbergingsmateriaal, luminescerende en lasermateriale, kernmateriaal , en ander velde.Met die voortdurende ontwikkeling van saamgestelde materiale, het die toepassing van skaars aardes 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 aardmetaletot saamgestelde materiale;② Voeg by in die vorm vanseldsame aardoksiedena die saamgestelde materiaal;③ Polimere gedoteer of gebind met seldsame aardmetale in polimere word as matriksmateriale in saamgestelde materiale gebruik.Onder die bogenoemde drie vorme van seldsame aardbespuiting word die eerste twee vorms meestal by metaalmatriks-samestelling gevoeg, terwyl die derde hoofsaaklik op polimeermatriks-samestellings toegepas word, en die keramiekmatriks-samestelling word hoofsaaklik in die tweede vorm bygevoeg.
Skaars aardewerk hoofsaaklik op metaalmatriks en keramiekmatriks-saamgestelde 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 meganisme van werking 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 koppelvlak-energie verminder, die adhesiewerk van die koppelvlak verhoog, die benattingshoek verminder, en daardeur die benatbaarheid tussen die matriks verbeter. en versterkingsfase.Navorsing het getoon dat die byvoeging van La-element by 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 aarde in metaalkristal is klein, omdat die atoomradius van seldsame aardelemente groot is, en die atoomradius van metaalmatriks relatief klein is.Die toetrede van seldsame aardelemente met 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, plaaslike komponent onderverkoeling veroorsaak, en die heterogene kernvormingseffek van die vloeibare metaalmatriks versterk.Daarbenewens kan die onderverkoeling wat veroorsaak word deur elementêre segregasie ook die vorming van gesegregeerde verbindings bevorder en effektiewe heterogene kernvormingspartikels word, waardeur die verfyning van die metaalmatrikskorrels bevorder word.
③ Suiwer graangrense.As gevolg van die sterk affiniteit tussen seldsame aardelemente en elemente soos O, S, P, N, ens., is die standaard vrye energie van vorming vir oksiede, sulfiede, fosfiede en nitriede laag.Hierdie verbindings het 'n hoë smeltpunt en lae digtheid, waarvan sommige verwyder kan word deur uit die legeringsvloeistof op te dryf, terwyl ander eweredig binne die graan versprei word, wat die segregasie van onsuiwerhede by die korrelgrens verminder, en sodoende die korrelgrens suiwer en sy sterkte te verbeter.
Daar moet kennis geneem word dat, as gevolg van die hoë aktiwiteit en lae smeltpunt van seldsame aardmetale, wanneer hulle by metaalmatriks saamgestelde 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 dopingmodifiseerders by verskillende metaalmatriks en keramiekmatriks-samestelling die sterkte en taaiheid van materiale aansienlik kan verbeter, hul sintertemperatuur kan verlaag en sodoende produksiekoste kan verlaag.Die hoofmeganisme van sy werking is soos volg.
① As 'n sinteradditief kan dit sintering bevorder en porositeit in saamgestelde materiale verminder.Die byvoeging van sinterbymiddels is om 'n vloeibare fase by hoë temperature te genereer, die sintertemperatuur van saamgestelde materiale te verminder, die hoë-temperatuur-ontbinding van materiale tydens die sinterproses te inhibeer, en digte saamgestelde materiale te verkry deur vloeibare fase sintering.As gevolg van die hoë stabiliteit, swak hoë-temperatuur-vlugtigheid en hoë smelt- en kookpunte van seldsame aardoksiede, kan hulle glasfases met ander grondstowwe vorm en sintering bevorder, wat dit 'n effektiewe toevoeging maak.Terselfdertyd kan die seldsame aardoksied ook soliede 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 migrasie weerstand in die struktuur, en belemmer ook die migrasie van ander ione, waardeur die migrasietempo van graangrense, wat graangroei inhibeer en die abnormale groei van korrels tydens hoë-temperatuur sintering belemmer.Hulle kan klein en eenvormige korrels verkry, wat bevorderlik is vir die vorming van digte strukture;Aan die ander kant, deur seldsame aardoksiede te dopeer, betree hulle die korrelgrensglasfase, wat die sterkte van die glasfase verbeter en sodoende die doelwit bereik om die meganiese eienskappe van die materiaal te verbeter.
Skaars aardelemente in polimeermatriks-samestellings 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.Doing van polistireen met seldsame aardverbindings kan die stabiliteit van polistireen verbeter en die impaksterkte en buigsterkte daarvan aansienlik verhoog.
Postyd: 26-Apr-2023