Tillämpning avSällsynt jordi kompositmaterial
Sällsynta jordartselement har unik 4f elektronisk struktur, stort atomiskt magnetiskt moment, stark spinnkoppling och andra egenskaper. När man bildar komplex med andra element kan deras koordinationsnummer variera från 6 till 12. Sällsynta jordartsmetaller har en mängd olika kristallstrukturer. De speciella fysikaliska och kemiska egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller gör att de används i stor utsträckning vid smältning av högkvalitativt stål och icke-järnmetaller, specialglas och högpresterande keramik, permanentmagnetmaterial, vätelagringsmaterial, självlysande och lasermaterial, kärnmaterial och andra områden. Med den kontinuerliga utvecklingen av kompositmaterial har tillämpningen av sällsynta jordartsmetaller också utökats till området kompositmaterial, vilket lockar stor uppmärksamhet för att förbättra gränssnittsegenskaperna mellan heterogena material.
De huvudsakliga tillämpningsformerna för sällsynta jordartsmetaller vid framställning av kompositmaterial inkluderar: ① lägga tillsällsynta jordartsmetallertill kompositmaterial; ② Lägg till i form avsällsynta jordartsmetallertill kompositmaterialet; ③ Polymerer dopade eller bundna med sällsynta jordartsmetaller i polymerer används som matrismaterial i kompositmaterial. Bland de ovanstående tre formerna av applicering av sällsynta jordartsmetaller tillsätts de två första formerna mest till metallmatriskomposit, medan den tredje huvudsakligen appliceras på polymermatriskompositer, och den keramiska matriskompositen tillsätts huvudsakligen i den andra formen.
Sällsynt jordverkar huvudsakligen på metallmatris och keramisk matriskomposit i form av tillsatser, stabilisatorer och sintringstillsatser, vilket avsevärt förbättrar deras prestanda, minskar produktionskostnaderna och gör dess industriella tillämpning möjlig.
Tillsatsen av sällsynta jordartsmetaller som tillsatser i kompositmaterial spelar huvudsakligen en roll för att förbättra gränssnittsprestanda hos kompositmaterial och främja förfining av metallmatriskorn. Verkningsmekanismen är som följer.
① Förbättra vätbarheten mellan metallmatrisen och förstärkningsfasen. Elektronegativiteten för sällsynta jordartsmetaller är relativt låg (ju mindre elektronegativiteten hos metaller, desto aktivare är elektronegativiteten hos icke-metaller). Till exempel är La 1,1, Ce är 1,12 och Y är 1,22. Elektronegativiteten för vanlig basmetall Fe är 1,83, Ni är 1,91 och Al är 1,61. Därför kommer sällsynta jordartsmetaller att adsorbera på korngränserna för metallmatrisen och förstärkningsfasen under smältningsprocessen, vilket minskar deras gränssnittsenergi, ökar gränsytans vidhäftningsarbete, minskar vätningsvinkeln och förbättrar därigenom vätbarheten mellan matrisen. och förstärkningsfas. Forskning har visat att tillsatsen av La-element till aluminiummatrisen effektivt förbättrar vätbarheten hos AlO och aluminiumvätska och förbättrar mikrostrukturen hos kompositmaterial.
② Främja förfining av metallmatriskorn. Lösligheten för sällsynta jordartsmetaller i metallkristall är liten, eftersom atomradien för sällsynta jordartsmetaller är stor, och atomradien för metallmatrisen är relativt liten. Inträde av sällsynta jordartsmetaller med större radie i matrisgittret kommer att orsaka gitterdistorsion, vilket kommer att öka systemenergin. För att bibehålla den lägsta fria energin kan sällsynta jordartsatomer endast berika mot oregelbundna korngränser, vilket i viss mån hindrar den fria tillväxten av matriskorn. Samtidigt kommer de anrikade sällsynta jordartsmetallerna också att adsorbera andra legeringselement, vilket ökar koncentrationsgradienten av legeringselement, orsakar lokal komponentunderkylning och förstärker den heterogena kärnbildningseffekten av den flytande metallmatrisen. Dessutom kan underkylningen som orsakas av elementär segregering också främja bildningen av segregerade föreningar och bli effektiva heterogena kärnbildande partiklar, och därigenom främja förfining av metallmatriskornen.
③ Rena korngränser. På grund av den starka affiniteten mellan sällsynta jordartsmetaller och element som O, S, P, N, etc., är den fria standardenergin för bildning av oxider, sulfider, fosfider och nitrider låg. Dessa föreningar har en hög smältpunkt och låg densitet, av vilka en del kan avlägsnas genom att flyta upp från legeringsvätskan, medan andra är jämnt fördelade i kornen, vilket minskar segregeringen av föroreningar vid korngränsen och därigenom renar korngränsen och förbättra dess styrka.
Det bör noteras att, på grund av den höga aktiviteten och låga smältpunkten för sällsynta jordartsmetaller, när de tillsätts till metallmatriskomposit, måste deras kontakt med syre kontrolleras speciellt under tillsatsprocessen.
Ett stort antal metoder har visat att tillsats av sällsynta jordartsmetalloxider som stabilisatorer, sintringshjälpmedel och dopningsmodifierare till olika metallmatriser och keramiska matriskompositer avsevärt kan förbättra hållfastheten och segheten hos materialen, minska deras sintringstemperatur och därmed minska produktionskostnaderna. Huvudmekanismen för dess verkan är följande.
① Som sintringstillsats kan den främja sintring och minska porositeten i kompositmaterial. Tillsatsen av sintringstillsatser är att generera en vätskefas vid höga temperaturer, minska sintringstemperaturen för kompositmaterial, hämma högtemperatursönderdelning av material under sintringsprocessen och erhålla täta kompositmaterial genom sintring i vätskefas. På grund av den höga stabiliteten, svaga högtemperaturflyktigheten och höga smält- och kokpunkter för oxider av sällsynta jordartsmetaller, kan de bilda glasfaser med andra råmaterial och främja sintring, vilket gör dem till en effektiv tillsats. Samtidigt kan den sällsynta jordartsmetalloxiden också bilda fast lösning med den keramiska matrisen, vilket kan generera kristalldefekter inuti, aktivera gittret och främja sintring.
② Förbättra mikrostrukturen och förfina kornstorleken. På grund av det faktum att de tillsatta sällsynta jordartsmetalloxiderna huvudsakligen finns vid matrisens korngränser, och på grund av deras stora volym, har sällsynta jordartsmetalloxider hög migrationsmotstånd i strukturen och hindrar även migrationen av andra joner, vilket minskar migrationshastighet av korngränser, hämmar korntillväxt och hindrar onormal tillväxt av korn under högtemperatursintring. De kan få små och enhetliga korn, vilket bidrar till bildandet av täta strukturer; Å andra sidan, genom att dopa sällsynta jordartsmetalloxider, går de in i korngränsglasfasen, vilket förbättrar styrkan i glasfasen och uppnår därmed målet att förbättra materialets mekaniska egenskaper.
Sällsynta jordartsmetaller i polymermatriskompositer påverkar dem huvudsakligen genom att förbättra egenskaperna hos polymermatrisen. Oxider av sällsynta jordartsmetaller kan öka den termiska nedbrytningstemperaturen för polymerer, medan karboxylater av sällsynta jordartsmetaller kan förbättra den termiska stabiliteten hos polyvinylklorid. Doping av polystyren med sällsynta jordartsmetaller kan förbättra stabiliteten hos polystyren och avsevärt öka dess slaghållfasthet och böjhållfasthet.
Posttid: 2023-apr-26