AplicareaPământ rarîn materiale compozite
Elementele rare ale Pământului au o structură electronică unică de 4F, un moment magnetic atomic mare, un cuplaj de spin puternic și alte caracteristici. Atunci când formează complexe cu alte elemente, numărul lor de coordonare poate varia de la 6 la 12. Compușii de pământ rari au o varietate de structuri de cristal. Proprietățile fizice și chimice speciale ale pământurilor rare le fac utilizate pe scară largă la topirea oțelului de înaltă calitate și a metalelor neferoase, a sticlei speciale și a ceramicii de înaltă performanță, a materialelor cu magnet permanent, a materialelor de depozitare a hidrogenului, a materialelor luminescente și laser, a materialelor nucleare și a altor câmpuri. Odată cu dezvoltarea continuă a materialelor compozite, aplicarea pământurilor rare s -a extins, de asemenea, în domeniul materialelor compozite, atrăgând o atenție largă în îmbunătățirea proprietăților interfeței dintre materialele eterogene.
Principalele forme de aplicare a pământului rar în pregătirea materialelor compozite includ: ① AdăugareaMetale rare de pământla materiale compozite; ② Adăugați sub formă deOxizi rari de pământla materialul compozit; ③ Polimerii dopați sau legați cu metale de pământ rare în polimeri sunt folosiți ca materiale matrice în materiale compozite. Printre cele trei forme de mai sus de aplicare a pământului rar, primele două forme sunt adăugate în mare parte la compozitul matricial metalic, în timp ce a treia este aplicată în principal la compozitele matrice polimerice, iar compozitul matricei ceramice sunt adăugate în principal în a doua formă.
Pământ rarAcționează în principal asupra matricei metalice și a compozitului matricial ceramic sub formă de aditivi, stabilizatori și aditivi de sinterizare, îmbunătățindu -și considerabil performanța, reducând costurile de producție și făcând posibilă aplicarea industrială.
Adăugarea elementelor de pământ rare ca aditivi în materiale compozite joacă în principal un rol în îmbunătățirea performanței interfeței materialelor compozite și în promovarea rafinării boabelor de matrice metalice. Mecanismul de acțiune este următorul.
① Îmbunătățirea umezibilității dintre matricea metalică și faza de consolidare. Electronegativitatea elementelor de pământ rare este relativ scăzută (cu cât este mai mică electronegativitatea metalelor, cu atât electronegativitatea nemetale este mai activă). De exemplu, LA este 1,1, CE este 1,12, iar Y este 1,22. Electronegativitatea FE de bază comună de bază este 1,83, Ni este 1,91, iar AL este 1,61. Prin urmare, elementele rare ale pământului se vor adsorbi în mod preferențial asupra limitelor de cereale ale matricei metalice și a fazei de întărire în timpul procesului de topire, reducând energia interfeței lor, crescând activitatea de adeziune a interfeței, reducând unghiul de umectare și, prin urmare, îmbunătățind umezibilitatea dintre matrice și faza de consolidare. Cercetările au arătat că adăugarea elementului LA la matricea de aluminiu îmbunătățește eficient umectabilitatea lichidului ALO și aluminiu și îmbunătățește microstructura materialelor compuse.
② Promovează rafinarea boabelor de matrice metalice. Solubilitatea pământului rar în cristalul metalic este mică, deoarece raza atomică a elementelor de pământ rare este mare, iar raza atomică a matricei metalice este relativ mică. Intrarea elementelor de pământ rare cu o rază mai mare în rețeaua matricială va provoca denaturarea rețelelor, ceea ce va crește energia sistemului. Pentru a menține cea mai mică energie liberă, atomii rari de pământ nu se pot îmbogăți decât spre limitele neregulate ale cerealelor, ceea ce împiedică într -o oarecare măsură creșterea liberă a boabelor matrice. În același timp, elementele rare de pământ îmbogățite vor adsorbi și alte elemente din aliaj, crescând gradientul de concentrație al elementelor de aliaj, determinând subcoolarea componentelor locale și îmbunătățind efectul eterogen de nucleare a matricei metalice lichide. În plus, subcoolul cauzat de segregarea elementară poate promova, de asemenea, formarea de compuși segregați și poate deveni particule eficiente de nucleare eterogene, promovând astfel rafinarea boabelor de matrice metalice.
③ Purificați limitele cerealelor. Datorită afinității puternice dintre elementele de pământ rare și elemente precum O, S, P, N, etc., energia liberă standard a formării pentru oxizi, sulfuri, fosfide și nitride este scăzută. Acești compuși au un punct de topire ridicat și densitate scăzută, dintre care unii pot fi îndepărtați plutind în sus din lichidul din aliaj, în timp ce alții sunt distribuiți uniform în grâu, reducând segregarea impurităților la limita de cereale, purificând astfel limita de cereale și îmbunătățindu -și rezistența.
Trebuie menționat că, din cauza activității ridicate și a punctului de topire scăzut al metalelor de pământ rare, atunci când sunt adăugate la compozitul matricial metalic, contactul lor cu oxigenul trebuie să fie controlat special în timpul procesului de adăugare.
Un număr mare de practici au dovedit că adăugarea de oxizi rari de pământ ca stabilizatori, ajutoare de sinterizare și modificatori de dopaj la diferite matrice metalice și compozit cu matrice ceramică pot îmbunătăți mult rezistența și duritatea materialelor, să reducă temperatura de sinterizare și, astfel, să reducă costurile de producție. Principalul mecanism al acțiunii sale este următorul.
① Ca aditiv de sinterizare, poate promova sinterizarea și poate reduce porozitatea în materialele compuse. 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 temperaturi ridicate a materialelor în timpul procesului de sinterizare și de a obține materiale compuse densă prin sinterizarea în fază lichidă. Datorită stabilității ridicate, a volatilității slabe de temperatură ridicată și a punctelor de topire și fierbere ridicate ale oxizilor rari de pământ, pot forma faze de sticlă cu alte materii prime și pot promova sinterizarea, ceea ce le face un aditiv eficient. În același timp, rara oxid de pământ poate forma, de asemenea, o soluție solidă cu matricea ceramică, care poate genera defecte de cristal în interior, să activeze rețeaua și să promoveze sinterizarea.
② Îmbunătățirea microstructurii și rafinarea mărimii cerealelor. Datorită faptului că oxizii de pământ rari adăugați există în principal la limitele de cereale ale matricei și, datorită volumului mare, oxizii de pământ rari au o rezistență ridicată la migrație în structură și, de asemenea, împiedică migrația altor ioni, reducând astfel rata de migrare a limitelor de cereale, inhibarea creșterii cerealelor și împiedicând creșterea abnormală a nucilor în timpul sinterizării de temperatură ridicată. Ele pot obține boabe mici și uniforme, care este favorabilă formării de structuri dense; Pe de altă parte, prin doparea oxizilor de pământ rari, intră în faza de sticlă a graniței, îmbunătățind rezistența fazei de sticlă și atingând astfel obiectivul de îmbunătățire a proprietăților mecanice ale materialului.
Elementele rare de pământ din compozitele matricei polimerice le afectează în principal prin îmbunătățirea proprietăților matricei polimerice. Oxizii de pământ rari pot crește temperatura de descompunere termică a polimerilor, în timp ce carboxilații rari de pământ pot îmbunătăți stabilitatea termică a clorurii de polivinil. Polistirenul dopaj cu compuși de pământ rari poate îmbunătăți stabilitatea polistirenului și poate crește semnificativ rezistența la impact și rezistența la îndoire.
Timpul post: 26-2023 aprilie