Tillämpning avSällsynt jordi sammansatta material
Sällsynta jordartselement har unik 4F -elektronisk struktur, stort atommagnetiskt ögonblick, stark snurrkoppling och andra egenskaper. Vid bildning av komplex med andra element kan deras koordinationsnummer variera från 6 till 12. Sällsynta jordföreningar har en mängd kristallstrukturer. De speciella fysiska och kemiska egenskaperna hos sällsynta jordar gör dem allmänt använda vid smältning av högkvalitativa stål- och icke-järnmetaller, specialglas och högpresterande keramik, permanentmagnetmaterial, vätelagringsmaterial, självlysande och lasermaterial, kärnmaterial och andra fält. Med den kontinuerliga utvecklingen av kompositmaterial har tillämpningen av sällsynta jordar också expanderat till området för kompositmaterial, vilket väcker omfattande uppmärksamhet för att förbättra gränssnittsegenskaperna mellan heterogena material.
De huvudsakliga ansökningsformerna för sällsynt jord vid framställning av kompositmaterial inkluderar: ① Lägger tillsällsynta jordmetallertill kompositmaterial; ② Lägg till i form avSällsynta jordar oxidertill kompositmaterialet; ③ Polymerer dopade eller bundna med sällsynta jordartsmetaller i polymerer används som matrismaterial i kompositmaterial. Bland ovanstående tre former av sällsynta jordarapplikationer läggs de två första formerna mestadels till metallmatriskomposit, medan den tredje huvudsakligen appliceras på polymermatriskompositer, och den keramiska matriskompositen tillsätts huvudsakligen i den andra formen.
Sällsynt jordHuvudsakligen verkar på metallmatris och keramisk matriskomposit i form av tillsatser, stabilisatorer och sintringstillsatser, förbättrar deras prestanda kraftigt, minskar produktionskostnaderna och möjliggör dess industriella tillämpning.
Tillsatsen av sällsynta jordartselement som tillsatser i kompositmaterial spelar huvudsakligen en roll för att förbättra gränssnittets prestanda för kompositmaterial och främja förfining av metallmatriskorn. Handlingsmekanismen är som följer.
① Förbättra vätbarheten mellan metallmatrisen och förstärkningsfasen. Elektronegativiteten hos sällsynta jordarelement är relativt låg (ju mindre elektronegativiteten hos metaller, desto mer aktivt 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 jordarelement företrädesvis adsorbera på korngränserna för metallmatrisen och förstärkningsfasen under smältprocessen, minska deras gränssnittsenergi, öka vidhäftningsarbetet för gränssnittet, minska vätningsvinkeln och därmed förbättra vätbarheten mellan matrisen och förstärkningsfasen. Forskning har visat att tillsatsen av LA -element till aluminiummatrisen effektivt förbättrar vätskan i alo och aluminium och förbättrar mikrostrukturen för kompositmaterial.
② Främja förfining av metallmatriskorn. Lösligheten hos sällsynta jordar i metallkristall är liten, eftersom atomradie för sällsynta jordartselement är stor och den atomiska radien för metallmatris är relativt liten. Ingången av sällsynta jordartselement med större radie i matrisgitteret kommer att orsaka gitterförvrängning, vilket kommer att öka systemenergin. För att upprätthålla den lägsta fria energin kan sällsynta jordaratomer endast berika mot oregelbundna korngränser, vilket till viss del hindrar den fria tillväxten av matriskorn. Samtidigt kommer de berikade sällsynta jordartselementen också att adsorbera andra legeringselement, öka koncentrationsgradienten för legeringselement, orsakar lokal komponentunderkylning och förbättrar den heterogena kärnbildningseffekten av den flytande metallmatrisen. Dessutom kan underkylning som orsakas av elementär segregering också främja bildningen av segregerade föreningar och bli effektiva heterogena kärnbildningspartiklar, vilket främjar förfining av metallmatriskorn.
③ Rena korngränser. På grund av den starka affiniteten mellan sällsynta jordartselement och element såsom O, S, P, N, etc., är den vanliga fria energin för oxider, sulfider, fosfider och nitrider låg. Dessa föreningar har en hög smältpunkt och låg densitet, av vilka några kan avlägsnas genom att flyta upp från legeringsvätskan, medan andra är jämnt fördelade i kornet, vilket minskar segregeringen av föroreningar vid korngränsen, vilket rena korngränsen och förbättrar dess styrka.
Det bör noteras att på grund av den höga aktiviteten och den låga smältpunkten för sällsynta jordartsmetaller, när de läggs till metallmatriskomposit, måste deras kontakt med syre kontrolleras speciellt under tilläggsprocessen.
Ett stort antal metoder har bevisat att tillsats av sällsynta jordaroxider som stabilisatorer, sintring av AIDS och dopingmodifierare till olika metallmatriser och keramisk matriskomposit kan förbättra styrkan och segheten hos material, minska deras sintringstemperatur och därmed minska produktionskostnaderna. Huvudmekanismen för dess handling är som följer.
① Som ett sintringstillsats kan det främja sintring och minska porositeten i sammansatta material. Tillsatsen av sintringstillsatser är att generera en vätskefas vid höga temperaturer, minska sintringstemperaturen för kompositmaterial, hämma den högtemperaturnedbrytning av material under sintringsprocessen och erhålla täta sammansatta material genom vätskefas sintring. På grund av den höga stabiliteten, svaga högtemperaturvolatiliteten och höga smält- och kokpunkter av sällsynta jordaroxider kan de bilda glasfaser med andra råvaror och främja sintring, vilket gör dem till ett effektivt tillsats. Samtidigt kan den sällsynta jordartsoxiden också bilda fast lösning med den keramiska matrisen, som kan generera kristalldefekter inuti, aktivera gitteret och främja sintring.
② Förbättra mikrostrukturen och förfina kornstorlek. På grund av det faktum att de tillsatta sällsynta jordartsoxiderna huvudsakligen finns vid matrisens korngränser, och på grund av deras stora volym, har sällsynta jordaroxider hög migrationsmotstånd i strukturen och hindrar också migrationen av andra joner, vilket minskar migrationshastigheten för korngränser, hämmar korntillväxt och hindrar den avvikande tillväxten av korn under höghärdande. De kan erhålla små och enhetliga korn, vilket bidrar till bildandet av täta strukturer; Å andra sidan, genom att dopar sällsynta jordaroxider, kommer de in i korngränsglasfasen, förbättrar styrkan i glasfasen och därmed uppnår målet att förbättra materialets mekaniska egenskaper.
Sällsynta jordarelement i polymermatriskompositer påverkar dem huvudsakligen genom att förbättra egenskaperna hos polymermatrisen. Sällsynta jordaroxider kan öka den termiska nedbrytningstemperaturen hos polymerer, medan sällsynta jordartskarboxylater kan förbättra den termiska stabiliteten hos polyvinylklorid. Dopning av polystyren med sällsynta jordartsföreningar kan förbättra stabiliteten hos polystyren och avsevärt öka dess slagstyrka och böjstyrka.
Inläggstid: april-26-2023