UygulamasıNadir ToprakKompozit Malzemelerde
Nadir toprak elementleri benzersiz 4f elektronik yapıya, büyük atomik manyetik momente, güçlü spin bağlantısına ve diğer özelliklere sahiptir. Diğer elementlerle kompleks oluştururken koordinasyon sayıları 6'dan 12'ye kadar değişebilir. Nadir toprak bileşikleri çeşitli kristal yapılara sahiptir. Nadir toprakların özel fiziksel ve kimyasal özellikleri, bunların yüksek kaliteli çelik ve demir dışı metallerin, özel cam ve yüksek performanslı seramiklerin, kalıcı mıknatıslı malzemelerin, hidrojen depolama malzemelerinin, ışıldayan ve lazer malzemelerin, nükleer malzemelerin eritilmesinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar. ve diğer alanlar. Kompozit malzemelerin sürekli gelişmesiyle birlikte, nadir toprakların uygulamaları kompozit malzemeler alanına da yayıldı ve heterojen malzemeler arasındaki arayüz özelliklerinin iyileştirilmesine büyük ilgi duyuldu.
Kompozit malzemelerin hazırlanmasında nadir toprağın ana uygulama formları şunları içerir: ① eklemenadir toprak metallerikompozit malzemelere; ② Şu şekilde ekleyin:nadir toprak oksitlerikompozit malzemeye; ③ Polimerlerde nadir toprak metalleri ile katkılanmış veya bağlanmış polimerler, kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak kullanılır. Nadir toprak uygulamasının yukarıdaki üç formu arasında, ilk iki form çoğunlukla metal matrisli kompozite eklenirken, üçüncüsü esas olarak polimer matrisli kompozitlere uygulanır ve seramik matrisli kompozit esas olarak ikinci formda eklenir.
Nadir toprakEsas olarak katkı maddeleri, stabilizatörler ve sinterleme katkı maddeleri formundaki metal matris ve seramik matris kompozit üzerinde etki göstererek performanslarını büyük ölçüde artırır, üretim maliyetlerini azaltır ve endüstriyel uygulamasını mümkün kılar.
Nadir toprak elementlerinin katkı maddesi olarak kompozit malzemelere eklenmesi, esas olarak kompozit malzemelerin arayüz performansının iyileştirilmesinde ve metal matris tanelerinin iyileştirilmesinde rol oynar. Etki mekanizması aşağıdaki gibidir.
① Metal matris ile takviye fazı arasındaki ıslanabilirliği artırın. Nadir toprak elementlerinin elektronegatifliği nispeten düşüktür (metallerin elektronegatifliği ne kadar küçükse, metal olmayanların elektronegatifliği o kadar aktiftir). 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 elementleri, eritme işlemi sırasında tercihen metal matrisin ve takviye fazının tane sınırlarına adsorbe olacak, arayüzey enerjilerini azaltacak, arayüzün yapışma işini arttıracak, ıslanma açısını azaltacak ve böylece matris arasındaki ıslanabilirliği geliştirecektir. ve pekiştirme aşaması. Araştırmalar, alüminyum matrisine La elementinin eklenmesinin, AlO ve alüminyum sıvısının ıslanabilirliğini etkili bir şekilde arttırdığını ve kompozit malzemelerin mikro yapısını iyileştirdiğini göstermiştir.
② Metal matris tanelerinin arıtılmasını teşvik edin. Nadir toprak elementlerinin atom yarıçapı büyük olduğundan ve metal matrisin atom yarıçapı nispeten küçük olduğundan, nadir toprak metal kristalindeki çözünürlüğü küçüktür. Daha büyük yarıçaplı nadir toprak elementlerinin matris kafesine girişi, kafes bozulmasına neden olacak ve bu da sistem enerjisini artıracaktır. En düşük serbest enerjiyi korumak için, nadir toprak atomları yalnızca düzensiz tane sınırlarına doğru zenginleşebilir, bu da matris tanelerinin serbest büyümesini bir dereceye kadar engeller. Aynı zamanda, zenginleştirilmiş nadir toprak elementleri diğer alaşım elementlerini de adsorbe edecek, alaşım elementlerinin konsantrasyon gradyanını arttıracak, yerel bileşen aşırı soğumasına neden olacak ve sıvı metal matrisinin heterojen çekirdeklenme etkisini arttıracaktır. Ek olarak, elementel ayrışmanın neden olduğu aşırı soğuma, ayrılmış bileşiklerin oluşumunu da teşvik edebilir ve etkili heterojen çekirdeklenme parçacıkları haline gelebilir, böylece metal matris tanelerinin rafine edilmesini teşvik edebilir.
③ Tahıl sınırlarını arındırın. Nadir toprak elementleri ile O, S, P, N vb. elementler arasındaki güçlü afinite nedeniyle oksitler, sülfitler, fosfitler ve nitrürler için standart serbest oluşum enerjisi düşüktür. Bu bileşikler yüksek bir erime noktasına ve düşük yoğunluğa sahiptir; bunların bir kısmı alaşım sıvısından yukarı doğru yüzdürülerek çıkarılabilir, diğerleri ise tane içinde eşit şekilde dağıtılır, tane sınırındaki yabancı maddelerin segregasyonunu azaltır, böylece tane sınırını saflaştırır ve gücünü arttırmak.
Nadir toprak metallerinin yüksek aktivitesi ve düşük erime noktası nedeniyle, metal matrisli kompozite eklendiğinde, ekleme işlemi sırasında oksijenle temasının özel olarak kontrol edilmesi gerektiğine dikkat edilmelidir.
Çok sayıda uygulama, farklı metal matris ve seramik matris kompozitlerine stabilizatör, sinterleme yardımcıları ve doping düzenleyicileri olarak nadir toprak oksitlerin eklenmesinin, malzemelerin mukavemetini ve tokluğunu büyük ölçüde artırabildiğini, sinterleme sıcaklıklarını düşürebildiğini ve dolayısıyla üretim maliyetlerini azaltabildiğini kanıtlamıştır. Eyleminin ana mekanizması aşağıdaki gibidir.
① Sinterleme katkı maddesi olarak kompozit malzemelerde sinterlemeyi teşvik edebilir ve gözenekliliği azaltabilir. Sinterleme katkı maddelerinin eklenmesi, yüksek sıcaklıklarda sıvı faz oluşturmak, kompozit malzemelerin sinterleme sıcaklığını düşürmek, sinterleme işlemi sırasında malzemelerin yüksek sıcaklıkta ayrışmasını engellemek ve sıvı faz sinterleme yoluyla yoğun kompozit malzemeler elde etmektir. Nadir toprak oksitlerin yüksek stabilitesi, yüksek sıcaklıkta zayıf uçuculuğu ve yüksek erime ve kaynama noktaları nedeniyle, diğer hammaddelerle cam fazları oluşturabilir ve sinterlemeyi teşvik ederek onları etkili bir katkı maddesi haline getirebilirler. Aynı zamanda nadir toprak oksit, seramik matris ile katı çözelti oluşturabilir, bu da içeride kristal kusurları oluşturabilir, kafesi etkinleştirebilir ve sinterlemeyi destekleyebilir.
② Mikroyapıyı iyileştirin ve tane boyutunu iyileştirin. Eklenen nadir toprak oksitlerin esas olarak matrisin tane sınırlarında bulunması ve hacimlerinin büyük olması nedeniyle, nadir toprak oksitler yapıda yüksek göç direncine sahiptir ve aynı zamanda diğer iyonların göçünü de engelleyerek, Tane sınırlarının göç hızı, tane büyümesinin engellenmesi ve yüksek sıcaklıkta sinterleme sırasında tanelerin anormal büyümesinin engellenmesi. Yoğun yapıların oluşmasına olanak sağlayan küçük ve düzgün taneler elde edebilirler; Öte yandan, nadir toprak oksitleri katkılayarak tane sınırı cam fazına girerek cam fazının mukavemetini arttırır ve böylece malzemenin mekanik özelliklerini iyileştirme hedefine ulaşırlar.
Polimer matrisli kompozitlerdeki nadir toprak elementleri, esas olarak polimer matrisin özelliklerini geliştirerek bunları etkiler. Nadir toprak oksitler, polimerlerin termal ayrışma sıcaklığını artırabilirken, nadir toprak karboksilatlar polivinil klorürün termal stabilitesini geliştirebilir. Polistirenin nadir toprak bileşikleri ile dopinglenmesi, polistirenin stabilitesini artırabilir ve darbe mukavemetini ve bükülme mukavemetini önemli ölçüde artırabilir.
Gönderim zamanı: Nis-26-2023