Anvendelse afSjælden jordi sammensatte materialer
Sjældne jordelementer har unik 4F elektronisk struktur, stort atommagnetisk øjeblik, stærk spin -kobling og andre egenskaber. Når man danner komplekser med andre elementer, kan deres koordinationsnummer variere fra 6 til 12. Sjældne jordforbindelser har en række krystalstrukturer. De specielle fysiske og kemiske egenskaber ved sjældne jordarter gør dem vidt anvendt til smelte af stål af høj kvalitet og ikke-ferrøse metaller, specielle glas og høje performance keramik, permanente magnetmaterialer, brintopbevaringsmaterialer, selvlysende og lasermaterialer, nukleare materialer og andre felter. Med den kontinuerlige udvikling af sammensatte materialer er anvendelsen af sjældne jordarter også udvidet til området for sammensatte materialer, hvilket tiltrækker udbredt opmærksomhed på at forbedre grænsefladeegenskaberne mellem heterogene materialer.
De vigtigste ansøgningsformularer af sjælden jord til fremstilling af sammensatte materialer inkluderer: ① TilføjelseSjældne jordmetallertil sammensatte materialer; ② Tilføj i form afSjældne jordoxidertil det sammensatte materiale; ③ Polymerer, der er dopet eller bundet med sjældne jordmetaller i polymerer, anvendes som matrixmaterialer i sammensatte materialer. Blandt de ovennævnte tre former for sjælden jordanvendelse tilføjes de to første former for det meste til metalmatrixkomposit, mens den tredje hovedsageligt påføres på polymermatrixkompositter, og den keramiske matrixkomposit tilsættes hovedsageligt i den anden form.
Sjælden jordHandler hovedsageligt på metalmatrix og keramisk matrixkomposit i form af tilsætningsstoffer, stabilisatorer og sintring -tilsætningsstoffer, forbedrer deres ydeevne i høj grad, reducerer produktionsomkostningerne og gør dens industrielle anvendelse mulig.
Tilsætningen af sjældne jordelementer som tilsætningsstoffer i sammensatte materialer spiller hovedsageligt en rolle i forbedring af grænsefladeydelsen for sammensatte materialer og fremme af forfining af metalmatrixkorn. Handlingsmekanismen er som følger.
① Forbedre befugtbarheden mellem metalmatrixen og forstærkningsfasen. Elektronegativiteten af sjældne jordelementer er relativt lav (jo mindre er elektronegativiteten af metaller, jo mere aktiv er elektronegativiteten af ikke -metaller). For eksempel er LA 1,1, CE er 1,12, og Y er 1,22. Elektronegativiteten af den almindelige basismetal Fe er 1,83, Ni er 1,91, og AL er 1,61. Derfor vil sjældne jordelementer fortrinsvis adsorbere på korngrænserne for metalmatrixen og forstærkningsfasen i smelteprocessen, reducere deres grænsefladeenergi, øge vedhæftningsarbejdet i grænsefladen, reducere befugtningsvinklen og derved forbedre vådbarheden mellem matrix og forstærkningsfase. Forskning har vist, at tilsætningen af LA -elementet til aluminiumsmatrixen effektivt forbedrer befugtbarheden af ALO og aluminiumsvæske og forbedrer mikrostrukturen af sammensatte materialer.
② Fremme forfining af metalmatrixkorn. Opløseligheden af sjælden jord i metalkrystall er lille, fordi den atomiske radius for sjældne jordelementer er stor, og den atomiske radius af metalmatrix er relativt lille. Indtræden af sjældne jordelementer med større radius i matrixgitteret vil forårsage gitterforvrængning, hvilket vil øge systemenergien. For at opretholde de laveste frie energi kan sjældne jordatomer kun berige mod uregelmæssige korngrænser, hvilket til en vis grad hindrer den frie vækst af matrixkorn. På samme tid adsorberer de berigede sjældne jordelementer også andre legeringselementer, øger koncentrationsgradienten af legeringselementer, forårsager lokal komponent underkøling og forbedrer den heterogene nucleationseffekt af den flydende metalmatrix. Derudover kan underkøling forårsaget af elementær segregering også fremme dannelsen af adskilte forbindelser og blive effektive heterogene nucleationspartikler og derved fremme forfining af metalmatrixkorn.
③ Oprens korngrænser. På grund af den stærke tilknytning mellem sjældne jordelementer og elementer såsom O, S, P, N osv., Er den standardfri energien til dannelse af oxider, sulfider, phosphider og nitrider lav. Disse forbindelser har et højt smeltepunkt og lav densitet, hvoraf nogle kan fjernes ved at flyde op fra legeringsvæsken, mens andre er jævnt fordelt inden for kornet, hvilket reducerer adskillelsen af urenheder ved korngrænsen og derved renser korngrænsen og forbedrer dens styrke.
Det skal bemærkes, at på grund af den høje aktivitet og det lave smeltepunkt for sjældne jordmetaller, når de føjes til metalmatrixkomposit, skal deres kontakt med ilt kontrolleres specielt under tilsætningsprocessen.
Et stort antal praksis har bevist, at tilføjelse af sjældne jordoxider som stabilisatorer, sintringshjælpemidler og dopingmodifikatorer til forskellige metalmatrix og keramiske matrixkomposit i høj grad kan forbedre styrken og sejheden i materialer, reducere deres sintringstemperatur og dermed reducere produktionsomkostningerne. Hovedmekanismen for dens handling er som følger.
① Som sintring -tilsætningsstof kan det fremme sintring og reducere porøsitet i sammensatte materialer. Tilsætningen af sintringstilsætningsstoffer er at generere en flydende fase ved høje temperaturer, reducere sintringstemperaturen for sammensatte materialer, hæmme høje temperaturnedbrydningen af materialer under sintringsprocessen og opnå tæt sammensatte materialer gennem flydende fasesintering. På grund af den høje stabilitet, svage volatilitet med høj temperatur og høje smelte- og kogepunkter af sjældne jordoxider, kan de danne glasfaser med andre råmaterialer og fremme sintring, hvilket gør dem til et effektivt additiv. På samme tid kan det sjældne jordoxid også danne fast opløsning med den keramiske matrix, der kan generere krystaldefekter inde, aktivere gitteret og fremme sintring.
② Forbedre mikrostruktur og forfining af kornstørrelse. På grund af det faktum, at de tilsatte sjældne jordoxider hovedsageligt eksisterer ved korngrænserne for matrixen, og på grund af deres store volumen, har sjældne jordoxider høj migrationsmodstand i strukturen og hindrer også migrationen af andre ioner, hvilket reducerer migrationsgrænserne for at reducere korngrænserne, og hindrer den abneormale vækst af korn under højstemplet. De kan opnå små og ensartede korn, hvilket er befordrende for dannelsen af tætte strukturer; På den anden side ved at doping af sjældne jordoxider går de ind i korngrænseglasfasen, forbedrer styrken i glasfasen og således nå målet om at forbedre materialets mekaniske egenskaber.
Sjældne jordelementer i polymermatrixkompositter påvirker dem hovedsageligt ved at forbedre egenskaberne ved polymermatrixen. Sjældne jordoxider kan øge den termiske nedbrydningstemperatur for polymerer, mens sjældne jordkarboxylater kan forbedre den termiske stabilitet af polyvinylchlorid. Doping af polystyren med sjældne jordforbindelser kan forbedre stabiliteten af polystyren og øge dens påvirkningsstyrke og bøjningsstyrke markant.
Posttid: Apr-26-2023