AplicareaPământ rarîn Materiale compozite
Elementele pământurilor rare au structură electronică unică 4f, moment magnetic atomic mare, cuplare puternică de spin și alte caracteristici. Când se formează complexe cu alte elemente, numărul lor de coordonare poate varia de la 6 la 12. Compușii pământului rari au o varietate de structuri cristaline. Proprietățile fizice și chimice speciale ale pământurilor rare le fac utilizate pe scară largă în topirea oțelului de înaltă calitate și a metalelor neferoase, a sticlei speciale și a ceramicii de înaltă performanță, a materialelor cu magnet permanenți, a materialelor de stocare a hidrogenului, a materialelor luminiscente și laser, a materialelor nucleare. , și alte domenii. Odată cu dezvoltarea continuă a materialelor compozite, aplicarea pământurilor rare s-a extins și în domeniul materialelor compozite, atrăgând atenția pe scară largă în îmbunătățirea proprietăților de interfață între materialele eterogene.
Principalele forme de aplicare a pământurilor rare în prepararea materialelor compozite includ: ① adăugareametale pământuri rarela materiale compozite; ② Adăugați sub formă deoxizi de pământuri rarela materialul compozit; ③ Polimerii dopați sau legați cu metale din pământuri rare în polimeri sunt utilizați ca materiale de matrice în materialele compozite. Printre cele trei forme de mai sus de aplicare a pământurilor rare, primele două forme sunt adăugate în principal compozitelor cu matrice metalică, în timp ce a treia se aplică în principal compozitelor cu matrice polimerică, iar compozitele cu matrice ceramică sunt adăugate în principal în a doua formă.
Pământ raracționează în principal asupra matricei metalice și compozitelor cu matrice ceramică sub formă de aditivi, stabilizatori și aditivi de sinterizare, îmbunătățind considerabil performanța acestora, reducând costurile de producție și făcând posibilă aplicarea sa industrială.
Adăugarea de elemente de pământuri rare ca aditivi în materialele compozite joacă în principal un rol în îmbunătățirea performanței interfeței materialelor compozite și în promovarea rafinamentului granulelor de matrice metalică. Mecanismul de acțiune este următorul.
① Îmbunătățiți umecbilitatea între matricea metalică și faza de armare. Electronegativitatea elementelor pământurilor rare este relativ scăzută (cu cât electronegativitatea metalelor este mai mică, cu atât este mai activă electronegativitatea nemetalelor). De exemplu, La este 1,1, Ce este 1,12 și Y este 1,22. Electronegativitatea metalului de bază comun Fe este 1,83, Ni este 1,91 și Al este 1,61. Prin urmare, elementele pământurilor rare se vor adsorbi de preferință pe granițele matricei metalice și în faza de armare în timpul procesului de topire, reducând energia interfeței lor, crescând munca de aderență a interfeței, reducând unghiul de umectare și, prin urmare, îmbunătățind umectarea dintre matrice. si faza de armare. Cercetările au arătat că adăugarea elementului La la matricea de aluminiu îmbunătățește eficient umectarea AlO și a lichidului de aluminiu și îmbunătățește microstructura materialelor compozite.
② Promovați rafinarea granulelor de matrice metalică. Solubilitatea pământului rar în cristalul metalic este mică, deoarece raza atomică a elementelor pământurilor rare este mare, iar raza atomică a matricei metalice este relativ mică. Introducerea elementelor pământurilor rare cu rază mai mare în rețeaua matricei va provoca distorsiunea rețelei, ceea ce va crește energia sistemului. Pentru a menține cea mai scăzută energie liberă, atomii de pământuri rare se pot îmbogăți doar către granițele neregulate ale granulelor, ceea ce împiedică într-o oarecare măsură creșterea liberă a boabelor matricei. În același timp, elementele de pământ rare îmbogățite vor adsorbi și alte elemente din aliaj, crescând gradientul de concentrație al elementelor din aliaj, provocând subrăcirea componentelor locale și sporind efectul de nucleare eterogen al matricei de metal lichid. În plus, subrăcirea cauzată de segregarea elementară poate promova, de asemenea, formarea de compuși segregați și poate deveni particule de nucleare eterogene eficiente, promovând astfel rafinarea granulelor de matrice metalică.
③ Purifică limitele de cereale. Datorită afinității puternice dintre elementele pământurilor rare și elemente precum O, S, P, N etc., energia liberă standard de formare pentru oxizi, sulfuri, fosfuri și nitruri este scăzută. Acești compuși au un punct de topire ridicat și o densitate scăzută, dintre care unii pot fi îndepărtați prin plutirea în sus din lichidul de aliaj, în timp ce alții sunt distribuiti uniform în interiorul bobului, reducând segregarea impurităților la limita granulelor, purificând astfel limita granulelor și îmbunătățindu-și puterea.
Trebuie remarcat faptul că, datorită activității ridicate și punctului de topire scăzut al metalelor pământurilor rare, atunci când acestea sunt adăugate la compozitul cu matrice metalică, contactul lor cu oxigenul trebuie controlat în mod special în timpul procesului de adăugare.
Un număr mare de practici au dovedit că adăugarea de oxizi de pământuri rare ca stabilizatori, ajutoare de sinterizare și modificatori de dopaj la diferite matrice metalice și compozite cu matrice ceramică poate îmbunătăți considerabil rezistența și duritatea materialelor, poate reduce temperatura lor de sinterizare și, astfel, poate reduce costurile de producție. Mecanismul principal al acțiunii sale este următorul.
① Ca aditiv de sinterizare, poate promova sinterizarea și poate reduce porozitatea materialelor compozite. Adăugarea de aditivi de sinterizare este de a genera o fază lichidă la temperaturi ridicate, de a reduce temperatura de sinterizare a materialelor compozite, de a inhiba descompunerea la temperatură înaltă a materialelor în timpul procesului de sinterizare și de a obține materiale compozite dense prin sinterizarea în fază lichidă. Datorită stabilității ridicate, volatilității slabe la temperatură ridicată și punctelor ridicate de topire și fierbere ale oxizilor de pământuri rare, aceștia pot forma faze de sticlă cu alte materii prime și pot promova sinterizarea, făcându-le un aditiv eficient. În același timp, oxidul de pământuri rare poate forma și soluție solidă cu matricea ceramică, care poate genera defecte de cristal în interior, poate activa rețeaua și poate promova sinterizarea.
② Îmbunătățiți microstructura și rafinați dimensiunea granulelor. Datorită faptului că oxizii de pământuri rare adaugă există în principal la granițele matricei și datorită volumului lor mare, oxizii de pământuri rare au o rezistență ridicată la migrare în structură și, de asemenea, împiedică migrarea altor ioni, reducând astfel rata de migrare a granițelor granulelor, inhibând creșterea boabelor și împiedicând creșterea anormală a boabelor în timpul sinterizării la temperatură înaltă. Pot obține boabe mici și uniforme, ceea ce favorizează formarea de structuri dense; Pe de altă parte, prin doparea oxizilor de pământuri rare, aceștia intră în faza de sticlă limită de cereale, îmbunătățind rezistența fazei de sticlă și atingând astfel scopul de a îmbunătăți proprietățile mecanice ale materialului.
Elementele pământurilor rare din compozitele cu matrice polimerică le afectează în principal prin îmbunătățirea proprietăților matricei polimerice. Oxizii de pământuri rare pot crește temperatura de descompunere termică a polimerilor, în timp ce carboxilații de pământuri rare pot îmbunătăți stabilitatea termică a clorurii de polivinil. Dopajul polistirenului cu compuși de pământuri rare poate îmbunătăți stabilitatea polistirenului și poate crește semnificativ rezistența la impact și rezistența la încovoiere.
Ora postării: 26-apr-2023