Kompozit malzemelerde nadir toprak uygulaması

UygulanmasıNadir toprakkompozit malzemelerde
Nadir toprak elemanları benzersiz 4F elektronik yapıya, büyük atomik manyetik moment, güçlü spin bağlantısı ve diğer özelliklere sahiptir. Diğer elementlerle kompleksler oluştururken, koordinasyon sayısı 6 ila 12 arasında değişebilir. Nadir toprak bileşikleri çeşitli kristal yapılara sahiptir. Nadir toprakların özel fiziksel ve kimyasal özellikleri, onları yüksek kaliteli çelik ve demir olmayan metallerin, özel cam ve yüksek performanslı seramiklerin, kalıcı mıknatıs malzemelerinin, hidrojen depolama malzemelerinin, lüminesan ve lazer malzemelerinin, nükleer malzemelerin ve diğer alanların eritilmesinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Kompozit malzemelerin sürekli gelişimi ile, nadir toprakların uygulanması, heterojen malzemeler arasındaki arayüz özelliklerinin iyileştirilmesinde yaygın dikkat çekerek kompozit malzemeler alanına genişlemiştir.

Kompozit malzemelerin hazırlanmasında nadir dünyanın ana uygulama formları şunları içerir: ① EklemeNadir toprak metallerikompozit malzemelere; ② şeklinde ekleyinNadir toprak oksitlerikompozit malzemeye; ③ Polimerlerde nadir toprak metalleri ile katkılı veya bağlanmış polimerler, kompozit malzemelerde matris malzemeleri olarak kullanılır. Yukarıdaki üç nadir toprak uygulaması arasında, ilk iki form çoğunlukla metal matris kompozitine eklenirken, üçüncüsü esas olarak polimer matris kompozitlerine uygulanır ve seramik matris kompozit esas olarak ikinci formda eklenir.

Nadir toprakEsas olarak, katkı maddeleri, stabilizatörler ve sinterleme katkı maddeleri şeklinde metal matris ve seramik matris kompozitine göre hareket eder, performanslarını büyük ölçüde iyileştirir, üretim maliyetlerini azaltır ve endüstriyel uygulamasını mümkün kılar.

Nadir toprak elemanlarının kompozit malzemelerde katkı maddesi olarak eklenmesi, esas olarak kompozit malzemelerin arayüz performansının iyileştirilmesinde ve metal matris tanelerinin iyileştirilmesinin teşvik edilmesinde rol oynar. Eylem mekanizması aşağıdaki gibidir.

① Metal matris ve takviye fazı arasındaki ıslatılabilirliği artırın. Nadir toprak elemanlarının elektronegatifliği nispeten düşüktür (metallerin elektronegatifliği ne kadar küçük olursa, metal olmayanların elektronegatifliği ne kadar aktif olursa). Örneğin, La 1.1, CE 1.12 ve y 1.22'dir. Ortak baz metal Fe'nin elektronegatifliği 1.83, Ni 1.91 ve Al 1.61'dir. Bu nedenle, nadir toprak elemanları tercihen, eritme işlemi sırasında metal matrisinin ve takviye fazının tane sınırlarına adsorbe edecektir, arayüz enerjilerini azaltacak, arayüzün yapışma çalışmasını artıracak, ıslatma açısını azaltacak ve matris ve takviye aşaması arasındaki ıslanabilirliği artıracaktır. Araştırmalar, LA elementinin alüminyum matrisine eklenmesinin, alo ve alüminyum sıvının ıslanabilirliğini etkili bir şekilde geliştirdiğini ve kompozit malzemelerin mikro yapısını geliştirdiğini göstermiştir.

② Metal matris tanelerinin iyileştirilmesini teşvik edin. Nadir toprakların metal kristalinde çözünürlüğü küçüktür, çünkü nadir toprak elementlerinin atomik yarıçapı büyüktür ve metal matrisin atomik yarıçapı nispeten küçüktür. Matris kafesine daha büyük yarıçaplı nadir toprak elemanlarının girişi, sistem enerjisini artıracak kafes bozulmasına neden olacaktır. En düşük serbest enerjiyi korumak için, nadir toprak atomları sadece düzensiz tahıl sınırlarına yönelik zenginleşebilir, bu da bir dereceye kadar matris tanelerinin serbest büyümesini engeller. Aynı zamanda, zenginleştirilmiş nadir toprak elemanları, alaşım elemanlarının konsantrasyon gradyanını arttırarak, lokal bileşenin olumsuz soğumasına neden olacak ve sıvı metal matrisinin heterojen çekirdeklenme etkisini arttıracak. Ek olarak, elementel ayrışmanın neden olduğu düşük soğutma, ayrılmış bileşiklerin oluşumunu teşvik edebilir ve etkili heterojen çekirdeklenme partikülleri haline gelebilir, böylece metal matris tanelerinin iyileştirilmesini teşvik edebilir.

③ Tahıl sınırlarını arındırın. Nadir toprak elementleri ve O, S, P, N, vb. Bu bileşikler yüksek bir erime noktasına ve düşük yoğunluğa sahiptir, bunların bazıları alaşım sıvıdan yüzerek uzaklaştırılabilirken, diğerleri tahıl içine eşit olarak dağılır, böylece tahıl sınırındaki safsızlıkların ayrılmasını azaltır, böylece tahıl sınırını arındırır ve gücünü iyileştirir.

Nadir toprak metallerinin yüksek aktivitesi ve düşük erime noktası nedeniyle, metal matris kompozitine eklendiklerinde, oksijenle temaslarının ekleme işlemi sırasında özel olarak kontrol edilmesi gerektiğine dikkat edilmelidir.

Çok sayıda uygulama, farklı metal matris ve seramik matris kompozitine stabilizatörler, sinterleme yardımcıları ve doping değiştiriciler olarak nadir toprak oksitlerin eklenmesinin, malzemelerin gücünü ve tokluğunu büyük ölçüde artırabileceğini, sinterleme sıcaklıklarını azalttığını ve böylece üretim maliyetlerini azalttığını kanıtlamıştır. Eyleminin ana mekanizması aşağıdaki gibidir.

Sintering bir katkı maddesi olarak, kompozit malzemelerde sinterlemeyi teşvik edebilir ve gözenekliliği azaltabilir. Sinterleme katkı maddelerinin eklenmesi, yüksek sıcaklıklarda bir sıvı faz üretmek, kompozit malzemelerin sinterleme sıcaklığını azaltmak, sinterleme işlemi sırasında malzemelerin yüksek sıcaklık ayrışmasını engellemek ve sıvı faz sinterleme yoluyla yoğun kompozit malzemeler elde etmektir. Yüksek stabilite, zayıf yüksek sıcaklık dalgalanması ve nadir toprak oksitlerin yüksek erime ve kaynama noktaları nedeniyle, diğer hammaddelerle cam fazlar oluşturabilir ve sinterlemeyi teşvik edebilir, bu da onları etkili bir katkı maddesi haline getirebilir. Aynı zamanda, nadir toprak oksit, içinde kristal kusurlar üretebilen, kafesi aktive edebilen ve sinterlemeyi teşvik edebilen seramik matris ile katı çözelti oluşturabilir.

② Mikroyapı geliştirin ve tane boyutunu geliştirin. Eklenen nadir toprak oksitlerin esas olarak matrisin tane sınırlarında bulunması ve büyük hacimleri nedeniyle, nadir toprak oksitlerinin yapıda yüksek göç direncine sahip olması ve ayrıca diğer iyonların göçünü engellemesi, böylece tahıl sınırlarının göçünü azaltması, tahıl büyümesini engelleyen ve yüksek temas sinterleme sırasında asmal büyümesini azaltır. Yoğun yapıların oluşumuna elverişli olan küçük ve muntazam taneler elde edebilirler; Öte yandan, nadir toprak oksitler doping yaparak, tane sınır cam fazına girerler, cam fazın mukavemetini artırırlar ve böylece malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirme hedefine ulaşırlar.

Polimer matris kompozitlerindeki nadir toprak elementleri, polimer matrisinin özelliklerini geliştirerek bunları etkiler. Nadir toprak oksitler polimerlerin termal ayrışma sıcaklığını arttırabilirken, nadir toprak karboksilatları polivinil klorürün termal stabilitesini artırabilir. Nadir toprak bileşiklerine sahip polistirenin doping, polistirenin stabilitesini artırabilir ve darbe gücünü ve bükme gücünü önemli ölçüde artırabilir.