Retzemju pielietojums kompozītmateriālos

PielietotRetzemesaliktos materiālos
Retzemju elementiem ir unikāla 4F elektroniskā struktūra, liels atomu magnētiskais moments, spēcīga spin savienojums un citas īpašības. Veidojot kompleksus ar citiem elementiem, to koordinācijas skaits var mainīties no 6 līdz 12. Retzemju savienojumiem ir dažādas kristāla struktūras. Retu zemes īpašās fizikālās un ķīmiskās īpašības padara tās plaši izmantotas augstas kvalitātes tērauda un nederīgu metālu kausēšanai, īpašiem stikla un augstas veiktspējas keramikas, pastāvīgu magnēta materiāliem, ūdeņraža uzglabāšanas materiāliem, luminiscējošiem un lāzera materiāliem, kodolmateriāliem un citiem laukiem. Nepārtraukti izstrādājot kompozītmateriālus, retzemju pielietojums ir paplašinājies arī kompozītmateriālu laukā, piesaistot plašu uzmanību, uzlabojot interfeisa īpašības starp neviendabīgiem materiāliem.

Galvenās retzemju formas kompozītmateriālu sagatavošanā ir: ① Pievienošanaretzemju metāliuz saliktiem materiāliem; ② Pievienot tādā veidāretzemju oksīdiuz salikto materiālu; ③ Polimēri, kas leģēti vai savienoti ar retzemju metāliem polimēros, tiek izmantoti kā matricas materiāli kompozītmateriālos. Starp iepriekšminētajām trim retzemju pielietojuma formām pirmās divas formas lielākoties tiek pievienotas metāla matricas kompozītam, bet trešo galvenokārt pieliek polimēru matricas kompozītiem, un keramikas matricas kompozīts galvenokārt tiek pievienots otrajā formā.

RetzemeGalvenokārt darbojas uz metāla matricas un keramikas matricas kompozītu piedevu, stabilizatoru un saķepināšanas piedevu veidā, ievērojami uzlabojot to veiktspēju, samazinot ražošanas izmaksas un padarot to rūpniecisko pielietojumu iespējamu.

Retu zemes elementu kā piedevu pievienošanai kompozītmateriālos galvenokārt ir nozīme kompozītmateriālu interfeisa veiktspējas uzlabošanā un metāla matricas graudu uzlabošanas veicināšanā. Darbības mehānisms ir šāds.

① Uzlabojiet mitrināmību starp metāla matricu un pastiprinošo fāzi. Retu zemes elementu elektronegativitāte ir salīdzinoši zema (jo mazāka ir metālu elektronegativitāte, jo aktīvāka nav metālu elektronegativitāte). Piemēram, LA ir 1,1, CE ir 1,12 un y ir 1,22. Parastā parastā metāla Fe elektronegativitāte ir 1,83, Ni ir 1,91 un Al ir 1,61. Tāpēc retzemju elementi preferenciāli adsorbēs uz metāla matricas graudu robežām un pastiprināšanas fāzi kausēšanas procesā, samazinot to saskarnes enerģiju, palielinot saskarnes adhēzijas darbu, samazinot mitrināšanas leņķi un tādējādi uzlabojot mitruma fāzi un pastiprināšanas fāzi. Pētījumi liecina, ka LA elementa pievienošana alumīnija matricai efektīvi uzlabo ALO ​​un alumīnija šķidruma mitrumu un uzlabo kompozītmateriālu mikrostruktūru.

② Veicināt metāla matricas graudu uzlabošanu. Retzemes šķīdība metāla kristālā ir maza, jo retzemju elementu atomu rādiuss ir liels, un metāla matricas atomu rādiuss ir salīdzinoši mazs. Retu zemes elementu iekļūšana ar lielāku rādiusu matricas režģī radīs režģa kropļojumus, kas palielinās sistēmas enerģiju. Lai saglabātu zemāko brīvo enerģiju, retzemju atomi var bagātināties tikai ar neregulārām graudu robežām, kas zināmā mērā kavē matricas graudu brīvu augšanu. Tajā pašā laikā bagātinātie retzemju elementi adsorbēs arī citus sakausējuma elementus, palielinot sakausējuma elementu koncentrācijas gradientu, izraisot vietējo komponentu mazāku atdzesēšanu un uzlabojot šķidrā metāla matricas neviendabīgo kodolu iedarbību. Turklāt elementāras segregācijas izraisītā nepietiekamā atdzesēšana var arī veicināt nodalītu savienojumu veidošanos un efektīvas neviendabīgas kodolizācijas daļiņas, tādējādi veicinot metāla matricas graudu uzlabošanu.

③ Attīriet graudu robežas. Sakarā ar spēcīgo afinitāti starp retzemju elementiem un tādiem elementiem kā O, S, P, N utt., Standarta brīvā oksīdu, sulfīdu, fosfīdu un nitrīdu veidošanās enerģija ir zema. Šiem savienojumiem ir augsts kušanas punkts un zems blīvums, no kuriem dažus var noņemt, peldot no sakausējuma šķidruma, bet citi ir vienmērīgi sadalīti graudos, samazinot piemaisījumu atdalīšanu pie graudu robežas, tādējādi attīrot graudu robežu un uzlabojot tā stiprumu.

Jāatzīmē, ka, ņemot vērā retzemju metālu augsto aktivitāti un zemo kušanas temperatūru, kad tie tiek pievienoti metāla matricas kompozītam, pievienošanas procesa laikā to kontakts ar skābekli ir īpaši jākontrolē.

Liels skaits prakses ir pierādījuši, ka retzemju oksīdu kā stabilizatoru, saķepināšanas AIDS un dopinga modifikatoru pievienošana dažādām metāla matricai un keramikas matricas kompozītam var ievērojami uzlabot materiālu izturību un izturību, samazināt to saķepināšanas temperatūru un tādējādi samazināt ražošanas izmaksas. Galvenais tās darbības mehānisms ir šāds.

① Kā saķepinoša piedeva tas var veicināt saķepināšanu un samazināt kompozītmateriālu porainību. Sazgering piedevu pievienošana ir radīt šķidru fāzi augstā temperatūrā, samazināt kompozītmateriālu saķepināšanas temperatūru, kavēt materiālu augstu temperatūru saķepināšanas procesā un iegūt blīvus kompozītmateriālus, izmantojot šķidru fāzi saķepinēšanu. Sakarā ar augsto stabilitāti, vāju nepastāvību augstā temperatūrā un retzemju oksīdu augstās kušanas un viršanas punktos, tie var veidot stikla fāzes ar citām izejvielām un veicināt saķepināšanu, padarot tās par efektīvu piedevu. Tajā pašā laikā retzemju oksīds var arī veidot cietu šķīdumu ar keramikas matricu, kas iekšpusē var radīt kristāla defektus, aktivizēt režģi un veicināt saķepināšanu.

② Uzlabojiet mikrostruktūru un uzlabojiet graudu lielumu. Sakarā ar to, ka pievienotie retzemju oksīdi galvenokārt pastāv pie matricas graudu robežām, un to lielā tilpuma dēļ, retzemju oksīdiem ir augsta migrācijas izturība struktūrā, un tas arī kavē citu jonu migrāciju, tādējādi samazinot graudu robežu migrācijas ātrumu, kavējot graudu augšanu un samazinot graudu augstuma augšanu augstas temperatūras sinterēšanas laikā. Viņi var iegūt mazus un vienveidīgus graudus, kas veicina blīvu struktūru veidošanos; No otras puses, dopējot retzemju oksīdus, tie nonāk graudu robežas stikla fāzē, uzlabojot stikla fāzes izturību un tādējādi sasniedzot mērķi uzlabot materiāla mehāniskās īpašības.

Retzemju elementi polimēru matricas kompozītos galvenokārt ietekmē tos, uzlabojot polimēra matricas īpašības. Retzemju oksīdi var paaugstināt polimēru termiskās sadalīšanās temperatūru, savukārt retzemju karboksilāti var uzlabot polivinilhlorīda termisko stabilitāti. Dopinga polistirols ar retzemju savienojumiem var uzlabot polistirola stabilitāti un ievērojami palielināt tā trieciena izturību un liekšanas izturību.