Care este influența oxizilor de pământuri rare în acoperirile ceramice?

Ceramica, materialele metalice și materialele polimerice sunt enumerate drept trei materiale solide majore. Ceramica are multe proprietăți excelente, cum ar fi rezistența la temperaturi ridicate, rezistența la coroziune, rezistența la uzură etc., deoarece modul de legătură atomică al ceramicii este legătura ionică, legătura covalentă sau legătura mixtă ion-covalentă cu energie de legătură ridicată. Acoperirea ceramică poate modifica aspectul, structura și performanța suprafeței exterioare a substratului, compozitul acoperire-substrat este favorizat pentru noua sa performanță. Poate combina organic caracteristicile originale ale substratului cu caracteristicile de rezistență la temperatură ridicată, rezistență ridicată la uzură și rezistență ridicată la coroziune a materialelor ceramice și poate juca pe deplin avantajele cuprinzătoare ale celor două tipuri de materiale, astfel încât este utilizat pe scară largă în industria aerospațială. , aviație, apărare națională, industria chimică și alte industrii.

Pământul rar este numit „casa de comori” a noilor materiale, datorită structurii sale electronice unice 4f și proprietăților fizice și chimice. Cu toate acestea, metalele pământurilor rare pure sunt rareori utilizate direct în cercetare, iar compușii pământurilor rare sunt utilizați în cea mai mare parte. Cei mai comuni compuși sunt CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS și ferosiliciul cu pământuri rare. Acești compuși cu pământuri rare pot îmbunătăți structura și proprietățile materialelor ceramice și a acoperirilor ceramice.

I aplicarea oxizilor de pământuri rare în materiale ceramice

Adăugarea de elemente de pământ rare ca stabilizatori și SIDA pentru sinterizare la diferite ceramice poate reduce temperatura de sinterizare, poate îmbunătăți rezistența și duritatea unor ceramice structurale și, astfel, poate reduce costul de producție. În același timp, elementele pământurilor rare joacă, de asemenea, un rol foarte important în senzorii de gaz semiconductor, mediile cu microunde, ceramica piezoelectrică și alte ceramice funcționale. Cercetarea a constatat că, adăugarea a doi sau mai mulți oxizi de pământuri rare la ceramica de alumină este mai bună decât adăugarea unui singur oxid de pământ rare la ceramica de alumină. După testul de optimizare, Y2O3+CeO2 are cel mai bun efect. Când se adaugă 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 la 1490 ℃, densitatea relativă a probelor sinterizate poate ajunge la 96,2%, ceea ce depășește densitatea probelor numai cu orice oxid de pământ rar Y2O3 sau CeO2.

Efectul La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 în promovarea sinterizării este mai bun decât acela de a adăuga numai La2O3, iar rezistența la uzură este evident îmbunătățită. De asemenea, arată că amestecarea a doi oxizi de pământuri rare nu este o simplă adăugare, dar există o interacțiune între ei, care este mai benefică pentru sinterizarea și îmbunătățirea performanței ceramicii cu alumină, dar principiul rămâne de studiat.

În plus, se constată că adăugarea de oxizi amestecați de metale din pământuri rare ca SIDA la sinterizare poate îmbunătăți migrarea materialelor, poate promova sinterizarea ceramicii MgO și poate îmbunătăți densitatea. Cu toate acestea, atunci când conținutul de oxid de metal mixt este mai mare de 15%, densitatea relativă scade și porozitatea deschisă crește.

În al doilea rând, influența oxizilor de pământuri rare asupra proprietăților acoperirilor ceramice

Cercetările existente arată că elementele pământurilor rare pot rafina dimensiunea granulelor, pot crește densitatea, pot îmbunătăți microstructura și pot purifica interfața. Joacă un rol unic în îmbunătățirea rezistenței, tenacității, durității, rezistenței la uzură și a rezistenței la coroziune a acoperirilor ceramice, ceea ce îmbunătățește într-o anumită măsură performanța acoperirilor ceramice și lărgește gama de aplicare a acoperirilor ceramice.

1

Îmbunătățirea proprietăților mecanice ale acoperirilor ceramice prin oxizi de pământuri rare

Oxizii de pământuri rare pot îmbunătăți semnificativ duritatea, rezistența la încovoiere și rezistența la tracțiune a acoperirilor ceramice. Rezultatele experimentale arată că rezistența la tracțiune a acoperirii poate fi îmbunătățită eficient prin utilizarea Lao_2 ca aditiv în materialul Al2O3+3% TiO_2, iar rezistența la tracțiune poate ajunge la 27,36 MPa când cantitatea de Lao_2 este de 6,0 %. Adăugarea de CeO2 cu o fracție de masă de 3,0% și 6,0% în materialul Cr2O3, rezistența la tracțiune a acoperirii este între 18~25MPa, care este mai mare decât 12~16MPa inițial. Cu toate acestea, când conținutul de CeO2 este de 9,0%, rezistența la tracțiune. puterea de legătură scade la 12~15MPa.

2

Îmbunătățirea rezistenței la șoc termic a acoperirii ceramice cu pământuri rare

Testul de rezistență la șocuri termice este un test important pentru a reflecta calitativ rezistența de aderență dintre acoperire și substrat și potrivirea coeficientului de dilatare termică între acoperire și substrat. Reflectă în mod direct capacitatea acoperirii de a rezista la exfoliere atunci când temperatura se schimbă alternativ în timpul utilizării și, de asemenea, reflectă capacitatea acoperirii de a rezista oboselii la șocuri mecanice și capacitatea de lipire cu substratul din lateral. Prin urmare, este, de asemenea, factorul cheie pentru a judeca calitatea acoperirii ceramice.

Cercetările arată că adăugarea a 3,0% CeO2 poate reduce porozitatea și dimensiunea porilor în acoperire și poate reduce concentrația de stres la marginea porilor, îmbunătățind astfel rezistența la șoc termic a acoperirii cu Cr2O3. Cu toate acestea, porozitatea acoperirii ceramice cu Al2O3 a scăzut, iar rezistența de aderență și durata de viață a șocului termic a acoperirii au crescut în mod evident după adăugarea de LaO2. Când cantitatea adăugată de LaO2 este de 6% (fracție de masă), rezistența la șocul termic a acoperirii este cea mai bună, iar durata de viață la eșec la șoc termic poate ajunge la 218 de ori, în timp ce durata de viață la eșec la șoc termic a acoperirii fără LaO2 este de numai 163 ori.

3

Oxizii de pământuri rare afectează rezistența la uzură a acoperirilor

Oxizii de pământuri rare utilizați pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a acoperirilor ceramice sunt în principal CeO2 și La2O3. Structura lor stratificată hexagonală poate prezenta o bună funcție de lubrifiere și poate menține proprietăți chimice stabile la temperaturi ridicate, ceea ce poate îmbunătăți în mod eficient rezistența la uzură și poate reduce coeficientul de frecare.

Cercetarea arată că coeficientul de frecare al acoperirii cu cantitatea adecvată de CeO2 este mic și stabil. S-a raportat că adăugarea de La2O3 la acoperirea cermet pe bază de nichel pulverizat cu plasmă poate reduce în mod evident uzura prin frecare și coeficientul de frecare al acoperirii, iar coeficientul de frecare este stabil cu fluctuații mici. Suprafața de uzură a stratului de placare fără pământuri rare prezintă aderență gravă și rupere fragilă și despicare, Cu toate acestea, acoperirea care conține pământuri rare prezintă o aderență slabă pe suprafața uzată și nu există semne de despicare fragilă pe o suprafață mare. Microstructura acoperirii dopate cu pământuri rare este mai densă și mai compactă, iar porii sunt redusi, ceea ce reduce forța medie de frecare suportată de particulele microscopice și reduce frecarea și uzura. la modificarea forţei de interacţiune dintre cele două feţe de cristal şi reduce coeficientul de frecare.

Rezumat:

Deși oxizii de pământuri rare au realizat mari realizări în aplicarea materialelor ceramice și a acoperirilor, care pot îmbunătăți în mod eficient microstructura și proprietățile mecanice ale materialelor și acoperirilor ceramice, există încă multe proprietăți necunoscute, în special în reducerea frecării și a uzurii. rezistența și rezistența la uzură a materialelor cooperează cu proprietățile lor de lubrifiere a devenit o direcție importantă demnă de discuție în domeniul tribologiei.

Tel: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com