Aplikace vzácné zeminy v kompozitních materiálech

AplikaceVzácná Zeměve složených materiálech
Prvky vzácných zemin mají jedinečnou elektronickou strukturu 4F, velký atomový magnetický okamžik, silnou spřádací spojku a další vlastnosti. Při vytváření komplexů s jinými prvky se jejich koordinační číslo může lišit od 6 do 12. Sloučeniny vzácných zemin mají různé krystalové struktury. Speciální fyzikální a chemické vlastnosti vzácných zemí jsou široce používány při tavení vysoce kvalitních ocelových a neželezných kovů, speciálního skla a vysoce výkonné keramiky, permanentních magnetických materiálů, materiálů pro skladování vodíku, luminiscenčních a laserových materiálů, jaderných materiálů a dalších polí. S nepřetržitým vývojem kompozitních materiálů se aplikace vzácných zemí také rozšířila na pole kompozitních materiálů a přitahovala rozsáhlou pozornost při zlepšování vlastností rozhraní mezi heterogenními materiály.

Mezi hlavní formy žádosti o vzácnou zeminu při přípravě kompozitních materiálů patří: ① Přidáníkovy vzácné zeminykompozitní materiály; ② Přidat do podobyoxidy vzácných zemindo kompozitního materiálu; ③ Polymery dopované nebo vázané s kovy vzácné zeminy v polymerech se používají jako matricové materiály v kompozitních materiálech. Mezi výše uvedené tři formy aplikace vzácné zeminy jsou první dvě formy většinou přidány do kompozitu kovové matrice, zatímco třetí je hlavně aplikována na kompozity polymerní matrice a kompozit keramické matrice se přidává hlavně ve druhé formě.

Vzácná ZeměHlavně působí na kompozitu kovové matrice a keramické matrice ve formě aditiv, stabilizátorů a slinovacích přísad, což výrazně zlepšuje jejich výkon, snižuje výrobní náklady a umožňuje jeho průmyslové použití.

Přidání prvků vzácných zemin jako aditiv ve složených materiálech hraje hlavně roli při zlepšování výkonu rozhraní kompozitních materiálů a podpoře zdokonalení zrna kovové matrice. Mechanismus účinku je následující.

① Zlepšit smáčivost mezi kovovou matricí a výztužnou fází. Elektronegativita prvků vzácných zemin je relativně nízká (čím menší je elektronegativita kovů, tím aktivnější je elektronegativita nekomelů). Například LA je 1,1, CE je 1,12 a y je 1,22. Elektronegativita běžného základního kovového FE je 1,83, Ni je 1,91 a AL je 1,61. Prvky vzácných zemin proto budou přednostně adsorbovat na hranicích zrna kovové matrice a fáze výztuže během procesu tavení, snižují energii rozhraní, zvyšují adhezní práci rozhraní, snižují úhel smáčení, a tím zlepšují smáčivost mezi matricí a fází zesílení. Výzkum ukázal, že přidání prvku LA do hliníkové matrice účinně zlepšuje smáčivost alo a hliníkové kapaliny a zlepšuje mikrostrukturu kompozitních materiálů.

② Propagujte zdokonalení zrna kovové matrice. Rozpustnost vzácné země v kovovém krystalu je malá, protože atomový poloměr prvků vzácných zemin je velký a atomový poloměr kovové matrice je relativně malý. Vstup prvků vzácných zemin s větším poloměrem do matricové mřížky způsobí zkreslení mřížky, což zvýší energii systému. Pro udržení nejnižší volné energie se atomy vzácných zemin mohou obohatit pouze směrem k nepravidelným hranicím zrna, což do jisté míry brání volnému růstu zrn matrice. Současně obohacené prvky vzácných zemin také adsorbují další prvky slitiny, zvyšují koncentrační gradient prvků slitiny, způsobují podchlazení místní složky a zvýší heterogenní nukleační účinek kapalné kovové matrice. Kromě toho může podchlazení způsobené elementární segregací také podpořit tvorbu segregovaných sloučenin a stát se účinnými heterogenními částicemi nukleace, čímž podporuje zdokonalení zrna kovové matrice.

③ Očistěte hranice zrn. Vzhledem k silné afinitě mezi prvky vzácné zeminy a prvky, jako jsou O, S, P, N atd., Je standardní volná energie tvorby oxidů, sulfidů, fosfidů a nitridů nízká. Tyto sloučeniny mají vysoký bod tání a nízkou hustotu, z nichž některé mohou být odstraněny vznášením z kapaliny slitiny, zatímco jiné jsou rovnoměrně distribuovány v zrnu, což snižuje segregaci nečistot na hranici zrn, čímž se čistí hranice zrn a zlepšuje její pevnost.

Je třeba poznamenat, že vzhledem k vysoké aktivitě a nízkému bodu tání kovů vzácných zemin, když jsou přidány do kompozitu kovové matrice, musí být jejich kontakt s kyslíkem speciálně kontrolován během procesu přidání.

Velké množství praktik prokázalo, že přidání oxidů vzácných zemin jako stabilizátorů, slinovacích pomůcek a dopingové modifikátory na různé kovové matrice a kompozit keramické matrice může výrazně zlepšit sílu a houževnatost materiálů, snížit jejich slinovací teplotu, a tak snižovat náklady na výrobu. Hlavní mechanismus jeho působení je následující.

① Jako slinovací přísada může podporovat slinování a snížit porozitu kompozitních materiálů. Přidání slinovacích přísad je generovat kapalnou fázi při vysokých teplotách, snížit teplotu slinovacích kompozitních materiálů, inhibovat rozklad materiálů s vysokou teplotou během procesu slinování a získat husté kompozitní materiály prostřednictvím kapalné fázové slinování. Vzhledem k vysoké stabilitě, slabé vysokoteplotní volatilitě a vysokým bodům tání a varu oxidů vzácných zemin mohou vytvářet skleněné fáze s jinými surovinami a podporovat slinování, což z nich činí efektivní aditivum. Současně může oxid vzácné zeminy také tvořit pevný roztok s keramickou matricí, která může generovat krystalové defekty uvnitř, aktivovat mříž a podporovat slinování.

② Zlepšit mikrostrukturu a zdokonalovat velikost zrn. Vzhledem k tomu, že přidané oxidy vzácných zemin existují hlavně na hranicích zrn matrice a díky jejich velkému objemu mají oxidy vzácných zemin vysokou migrační odolnost ve struktuře a také brání migraci jiných iontů, čímž se snižují míru migrace hranic zrn, a inhibují růst zrna a brání abnormální růst kruhů. Mohou získat malá a jednotná zrna, která vede k tvorbě hustých struktur; Na druhé straně dopingové oxidy vzácných zemin vstupují do fáze skleněné skleněné zrna, zlepšují sílu skleněné fáze a dosahují tak cíle zlepšit mechanické vlastnosti materiálu.

Prvky vzácných zemin v kompozitech polymerní matrice je hlavně ovlivňují zlepšením vlastností polymerní matrice. Oxidy vzácných zemin mohou zvýšit teplotu tepelného rozkladu polymerů, zatímco karboxyláty vzácných zemin mohou zlepšit tepelnou stabilitu polyvinylchloridu. Doping polystyrenu se sloučeninami vzácných zemin může zlepšit stabilitu polystyrenu a významně zvýšit jeho pevnost vlivu a pevnost ohybu.