Kāda ir retzemju oksīdu ietekme uz keramikas pārklājumiem?

Kā trīs galvenie cietie materiāli ir uzskaitīti keramika, metāla materiāli un polimēru materiāli. Keramikai piemīt daudzas izcilas īpašības, piemēram, izturība pret augstu temperatūru, izturība pret koroziju, nodilumizturība utt., jo keramikas atomu saistīšanas veids ir jonu saite, kovalentā saite vai jaukta jonu-kovalentā saite ar augstu saites enerģiju. Keramikas pārklājums var mainīt substrāta ārējās virsmas izskatu, struktūru un veiktspēju. Pārklājuma-substrāta kompozīts ir iecienīts tā jauno veiktspējas īpašību dēļ. Tas var organiski apvienot substrāta sākotnējās īpašības ar keramikas materiālu augstās temperatūras izturības, augstas nodilumizturības un augstas korozijas izturības īpašībām, pilnībā izmantojot abu materiālu veidu visaptverošās priekšrocības, tāpēc to plaši izmanto kosmosa, aviācijas, valsts aizsardzības, ķīmiskās rūpniecības un citās nozarēs.

Retzemju metālus tā unikālās 4f elektroniskās struktūras un fizikālo un ķīmisko īpašību dēļ dēvē par jauno materiālu “dārgumu krātuvi”. Tomēr tīri retzemju metāli pētniecībā tiek reti izmantoti tieši, un galvenokārt tiek izmantoti retzemju savienojumu. Visizplatītākie savienojumi ir CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS un retzemju ferosilīcijs. Šie retzemju savienojumi var uzlabot keramikas materiālu un keramikas pārklājumu struktūru un īpašības.

Retzemju oksīdu pielietojums keramikas materiālos

Retzemju elementu pievienošana kā stabilizatori un saķepināšanas palīglīdzekļi dažādiem keramikas veidiem var samazināt saķepināšanas temperatūru, uzlabot dažu strukturālo keramikas materiālu izturību un sīkstumu un tādējādi samazināt ražošanas izmaksas. Vienlaikus retzemju elementiem ir arī ļoti svarīga loma pusvadītāju gāzes sensoros, mikroviļņu vidē, pjezoelektriskajā keramikā un citā funkcionālajā keramikā. Pētījumā tika atklāts, ka divu vai vairāku retzemju oksīdu pievienošana alumīnija oksīda keramikai kopā ir labāka nekā viena retzemju oksīda pievienošana alumīnija oksīda keramikai. Pēc optimizācijas testa vislabākais efekts ir Y2O3+CeO2. Pievienojot 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 1490 ℃ temperatūrā, saķepināto paraugu relatīvais blīvums var sasniegt 96,2%, kas pārsniedz paraugu blīvumu ar jebkuru retzemju oksīdu Y2O3 vai CeO2 atsevišķi.

La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 ietekme uz saķepināšanu ir labāka nekā tikai La2O3 pievienošana, un nodilumizturība ir acīmredzami uzlabota. Tas arī parāda, ka divu retzemju oksīdu sajaukšana nav vienkārša pievienošana, bet starp tiem notiek mijiedarbība, kas ir labvēlīgāka alumīnija oksīda keramikas saķepināšanai un veiktspējas uzlabošanai, taču princips vēl ir jāizpēta.

Turklāt ir konstatēts, ka jauktu retzemju metālu oksīdu pievienošana kā saķepināšanas palīglīdzekļi var uzlabot materiālu migrāciju, veicināt MgO keramikas saķepināšanu un palielināt blīvumu. Tomēr, ja jaukto metālu oksīdu saturs pārsniedz 15%, relatīvais blīvums samazinās un atvērtā porainība palielinās.

Otrkārt, retzemju oksīdu ietekme uz keramikas pārklājumu īpašībām

Esošie pētījumi liecina, ka retzemju elementi var uzlabot graudu izmēru, palielināt blīvumu, uzlabot mikrostruktūru un attīrīt saskarni. Tiem ir unikāla loma keramikas pārklājumu izturības, stingrības, cietības, nodilumizturības un korozijas izturības uzlabošanā, kas zināmā mērā uzlabo keramikas pārklājumu veiktspēju un paplašina keramikas pārklājumu pielietojuma klāstu.

1

Keramikas pārklājumu mehānisko īpašību uzlabošana ar retzemju oksīdiem

Retzemju oksīdi var ievērojami uzlabot keramikas pārklājumu cietību, lieces izturību un stiepes saites izturību. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka pārklājuma stiepes izturību var efektīvi uzlabot, izmantojot Lao_2 kā piedevu Al2O3+3% TiO_2 materiālā, un stiepes saites izturība var sasniegt 27,36 MPa, ja Lao_2 daudzums ir 6,0%. Pievienojot Cr2O3 materiālam CeO2 ar masas daļu no 3,0% līdz 6,0%, pārklājuma stiepes saites izturība ir no 18 līdz 25 MPa, kas ir lielāka nekā sākotnējā 12–16 MPa. Tomēr, ja CeO2 saturs ir 9,0%, stiepes saites izturība samazinās līdz 12–15 MPa.

2

Keramikas pārklājuma termiskā trieciena izturības uzlabošana ar retzemju elementiem

Termiskā trieciena izturības tests ir svarīgs tests, lai kvalitatīvi atspoguļotu pārklājuma un substrāta saķeres stiprību un pārklājuma un substrāta termiskās izplešanās koeficienta atbilstību. Tas tieši atspoguļo pārklājuma spēju pretoties lobīšanās plaisāšanai, kad lietošanas laikā mainās temperatūra, kā arī atspoguļo pārklājuma spēju pretoties mehāniskam trieciena nogurumam un saķeres spēju ar substrātu no sāniem. Tāpēc tas ir arī galvenais faktors, lai novērtētu keramikas pārklājuma kvalitāti.

Pētījums rāda, ka 3,0 % CeO2 pievienošana var samazināt pārklājuma porainību un poru izmēru, kā arī samazināt sprieguma koncentrāciju poru malās, tādējādi uzlabojot Cr2O3 pārklājuma termiskā trieciena izturību. Tomēr Al2O3 keramikas pārklājuma porainība samazinājās, un pārklājuma saķeres stiprība un termiskā trieciena izturība ievērojami palielinājās pēc LaO2 pievienošanas. Ja LaO2 pievienošanas daudzums ir 6 % (masas daļa), pārklājuma termiskā trieciena izturība ir vislabākā, un termiskā trieciena izturība var sasniegt 218 reizes, savukārt pārklājuma termiskā trieciena izturība bez LaO2 ir tikai 163 reizes.

3

Retzemju oksīdi ietekmē pārklājumu nodilumizturību

Keramikas pārklājumu nodilumizturības uzlabošanai izmantotie retzemju oksīdi galvenokārt ir CeO2 un La2O3. To sešstūrainā slāņveida struktūra var uzrādīt labu eļļošanas funkciju un saglabāt stabilas ķīmiskās īpašības augstā temperatūrā, kas var efektīvi uzlabot nodilumizturību un samazināt berzes koeficientu.

Pētījums rāda, ka pārklājuma ar atbilstošu CeO2 daudzumu berzes koeficients ir mazs un stabils. Ir ziņots, ka La2O3 pievienošana plazmas uzsmidzināšanas niķeļa bāzes kermeta pārklājumam var ievērojami samazināt pārklājuma berzes nodilumu un berzes koeficientu, un berzes koeficients ir stabils ar nelielām svārstībām. Apšuvuma slāņa bez retzemju elementiem nodiluma virsmai ir raksturīga nopietna adhēzija, trausluma lūzumi un lobīšanās. Tomēr pārklājumam, kas satur retzemju elementus, ir vāja adhēzija ar nodiluma virsmu, un nav redzamas lielas trausluma lūzuma pazīmes. Ar retzemju elementiem leģēta pārklājuma mikrostruktūra ir blīvāka un kompaktāka, un poras ir samazinātas, kas samazina vidējo berzes spēku, ko rada mikroskopiskās daļiņas, un samazina berzi un nodilumu. Retzemju elementu leģēšana var arī palielināt kermeta kristāla plaknes attālumu. Tas noved pie mijiedarbības spēka izmaiņām starp abām kristāla virsmām un samazina berzes koeficientu.

Kopsavilkums:

Lai gan retzemju oksīdi ir guvuši lielus panākumus keramikas materiālu un pārklājumu pielietošanā, kas var efektīvi uzlabot keramikas materiālu un pārklājumu mikrostruktūru un mehāniskās īpašības, joprojām ir daudz nezināmu īpašību, īpaši berzes un nodiluma samazināšanā. Kā panākt, lai materiālu izturība un nodilumizturība sadarbotos ar to eļļošanas īpašībām, ir kļuvis par svarīgu virzienu, kas ir vērts apspriest triboloģijas jomā.

Tālrunis: +86-21-20970332E-pasts：info@shxlchem.com