Hvad er indflydelsen af ​​sjældne jordartsoxider i keramiske belægninger?

Keramik, metalmaterialer og polymermaterialer er anført som de tre vigtigste faste materialer. Keramik har mange fremragende egenskaber, såsom høj temperaturbestandighed, korrosionsbestandighed, slidstyrke osv., fordi keramikkens atombindingsmetode er ionbinding, kovalent binding eller blandet ion-kovalent binding med høj bindingsenergi. Keramisk belægning kan ændre udseendet, strukturen og ydeevnen af ​​substratets ydre overflade. Belægning-substratkomposit er foretrukket på grund af sin nye ydeevne. Det kan organisk kombinere substratets oprindelige egenskaber med keramiske materialers egenskaber som høj temperaturbestandighed, høj slidstyrke og høj korrosionsbestandighed og fuldt ud udnytte de omfattende fordele ved de to typer materialer. Derfor anvendes det i vid udstrækning inden for rumfart, luftfart, nationalt forsvar, kemisk industri og andre industrier.

Sjældne jordarter kaldes "skatkammeret" for nye materialer på grund af deres unikke 4f ​​elektroniske struktur og fysiske og kemiske egenskaber. Rene sjældne jordarters metaller anvendes dog sjældent direkte i forskning, og sjældne jordarters forbindelser anvendes mest. De mest almindelige forbindelser er CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS og sjældne jordarters ferrosilicium. Disse sjældne jordarters forbindelser kan forbedre strukturen og egenskaberne af keramiske materialer og keramiske belægninger.

Anvendelse af sjældne jordartsoxider i keramiske materialer

Tilsætning af sjældne jordarter som stabilisatorer og sintringshjælpemidler til forskellige keramiktyper kan reducere sintringstemperaturen, forbedre styrken og sejheden af ​​nogle strukturelle keramiktyper og dermed reducere produktionsomkostningerne. Samtidig spiller sjældne jordarter også en meget vigtig rolle i halvledergassensorer, mikrobølgemedier, piezoelektrisk keramik og andre funktionelle keramiktyper. Forskningen viste, at det er bedre at tilsætte to eller flere sjældne jordartersoxider til aluminiumoxidkeramik end at tilsætte et enkelt sjældent jordartsoxid til aluminiumoxidkeramik. Efter optimeringstest har Y2O3+CeO2 den bedste effekt. Når 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 tilsættes ved 1490 ℃, kan den relative densitet af sintrede prøver nå 96,2%, hvilket overstiger densiteten af ​​prøver med ethvert sjældent jordartsoxid Y2O3 eller CeO2 alene.

Effekten af ​​La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 til at fremme sintring er bedre end ved kun at tilsætte La2O3, og slidstyrken forbedres tydeligt. Det viser også, at blandingen af ​​to sjældne jordartsoxider ikke er en simpel tilsætning, men at der er en interaktion mellem dem, hvilket er mere gavnligt for sintring og forbedring af ydeevnen af ​​aluminiumoxidkeramik, men princippet skal stadig undersøges.

Derudover er det konstateret, at tilsætning af blandede sjældne jordartsmetaloxider som sintringshjælpemidler kan forbedre materialemigrationen, fremme sintringen af ​​MgO-keramik og forbedre densiteten. Men når indholdet af blandet metaloxid er mere end 15%, falder den relative densitet, og den åbne porøsitet øges.

For det andet, indflydelsen af ​​sjældne jordartsoxider på egenskaberne af keramiske belægninger

Eksisterende forskning viser, at sjældne jordarter kan forfine kornstørrelsen, øge densiteten, forbedre mikrostrukturen og rense grænsefladen. De spiller en unik rolle i at forbedre styrken, sejheden, hårdheden, slidstyrken og korrosionsbestandigheden af ​​keramiske belægninger, hvilket forbedrer ydeevnen af ​​keramiske belægninger i et vist omfang og udvider anvendelsesområdet for keramiske belægninger.

1

Forbedring af mekaniske egenskaber ved keramiske belægninger med sjældne jordartsoxider

Sjældne jordartsoxider kan forbedre hårdheden, bøjningsstyrken og trækbindingsstyrken af ​​keramiske belægninger betydeligt. De eksperimentelle resultater viser, at belægningens trækstyrke effektivt kan forbedres ved at bruge Lao_2 som additiv i Al2O3+3% TiO_2-materiale, og trækbindingsstyrken kan nå 27,36 MPa, når mængden af ​​Lao_2 er 6,0%. Ved at tilsætte CeO2 med en massefraktion på 3,0% og 6,0% til Cr2O3-materialet er belægningens trækbindingsstyrke mellem 18~25 MPa, hvilket er større end de oprindelige 12~16 MPa. Når indholdet af CeO2 er 9,0%, falder trækbindingsstyrken imidlertid til 12~15 MPa.

2

Forbedring af termisk stødmodstand af keramisk belægning med sjældne jordarter

Termisk stødmodstandstest er en vigtig test til kvalitativt at afspejle bindingsstyrken mellem belægning og substrat og matchningen af ​​termisk udvidelseskoefficient mellem belægning og substrat. Den afspejler direkte belægningens evne til at modstå afskalning, når temperaturen ændres skiftevis under brug, og afspejler også belægningens evne til at modstå mekanisk stødudmattelse og bindingsevnen til substratet fra siden. Derfor er det også en nøglefaktor til at bedømme kvaliteten af ​​den keramiske belægning.

Forskningen viser, at tilsætning af 3,0% CeO2 kan reducere porøsiteten og porestørrelsen i belægningen og reducere spændingskoncentrationen ved porekanten, hvilket forbedrer Cr2O3-belægningens termiske stødmodstand. Porøsiteten af ​​den keramiske Al2O3-belægning faldt dog, og belægningens bindingsstyrke og levetid over for termisk stød steg markant efter tilsætning af LaO2. Når den tilsatte mængde LaO2 er 6% (massefraktion), er belægningens termiske stødmodstand bedst, og levetiden over for termisk stød kan nå op på 218 gange, mens levetiden for belægningen uden LaO2 kun er 163 gange.

3

Sjældne jordartsoxider påvirker slidstyrken af ​​belægninger

De sjældne jordartsoxider, der anvendes til at forbedre slidstyrken af ​​keramiske belægninger, er hovedsageligt CeO2 og La2O3. Deres hexagonale lagstruktur kan udvise god smørefunktion og opretholde stabile kemiske egenskaber ved høj temperatur, hvilket effektivt kan forbedre slidstyrken og reducere friktionskoefficienten.

Forskning viser, at friktionskoefficienten for belægningen med den rette mængde CeO2 er lille og stabil. Det er blevet rapporteret, at tilsætning af La2O3 til plasmasprøjtet nikkelbaseret cermetbelægning tydeligvis kan reducere friktionsslid og friktionskoefficienten for belægningen, og friktionskoefficienten er stabil med lille udsving. Slidfladen på beklædningslaget uden sjældne jordarter viser alvorlig vedhæftning og sprødbrud og afskalning. Belægningen, der indeholder sjældne jordarter, viser dog svag vedhæftning på den slidte overflade, og der er ingen tegn på sprød afskalning over et stort område. Mikrostrukturen af ​​den sjældne jordartsdopede belægning er tættere og mere kompakt, og porerne er reducerede, hvilket reducerer den gennemsnitlige friktionskraft, der bæres af mikroskopiske partikler, og reducerer friktion og slid. Dotering af sjældne jordarter kan også øge krystalplanafstanden for cermetter. Det fører til en ændring i interaktionskraften mellem de to krystalflader og reducerer friktionskoefficienten.

Oversigt:

Selvom sjældne jordartsoxider har opnået store resultater inden for anvendelsen af ​​keramiske materialer og belægninger, hvilket effektivt kan forbedre mikrostrukturen og de mekaniske egenskaber af keramiske materialer og belægninger, er der stadig mange ukendte egenskaber, især med hensyn til at reducere friktion og slid. Hvordan man får materialers styrke og slidstyrke til at samarbejde med deres smøreegenskaber er blevet en vigtig retning, der er værd at diskutere inden for tribologi.

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