Vilken påverkan har sällsynta jordartsmetalloxider i keramiska beläggningar?

Keramik, metallmaterial och polymermaterial är listade som de tre viktigaste fasta materialen. Keramik har många utmärkta egenskaper, såsom hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, slitstyrka, etc., eftersom atombindningssättet för keramik är jonbindning, kovalent bindning eller blandad jon-kovalent bindning med hög bindningsenergi. Keramisk beläggning kan förändra utseendet, strukturen och prestandan på substratets yttre yta, Beläggningssubstrat-komposit är gynnad för sin nya prestanda. Det kan organiskt kombinera de ursprungliga egenskaperna hos substrat med egenskaperna för hög temperaturbeständighet, hög slitstyrka och hög korrosionsbeständighet hos keramiska material, och ge fullt spel åt de omfattande fördelarna med de två typerna av material, så det används ofta inom flyg- och rymdindustrin. , flyg, nationellt försvar, kemisk industri och andra industrier.

Sällsynta jordartsmetaller kallas "skatthuset" av nya material, på grund av dess unika 4f elektroniska struktur och fysikaliska och kemiska egenskaper. Men rena sällsynta jordartsmetaller används sällan direkt i forskning, och sällsynta jordartsmetaller används mest. De vanligaste föreningarna är CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS och ferrokisel av sällsynta jordartsmetaller. Dessa sällsynta jordartsmetaller kan förbättra strukturen och egenskaperna hos keramiska material och keramiska beläggningar.

I applicering av sällsynta jordartsmetaller i keramiska material

Att lägga till sällsynta jordartsmetaller som stabilisatorer och sintringshjälpmedel till olika keramer kan minska sintringstemperaturen, förbättra hållfastheten och segheten hos vissa strukturella keramer och därmed minska produktionskostnaden. Samtidigt spelar sällsynta jordartsmetaller också en mycket viktig roll i halvledargassensorer, mikrovågsmedia, piezoelektrisk keramik och annan funktionell keramik. Forskningen fann att det är bättre att lägga till två eller flera sällsynta jordartsmetalloxider till aluminiumoxidkeramik än att lägga till en enda sällsynt jordartsmetalloxid till aluminiumoxidkeramik. Efter optimeringstest har Y2O3+CeO2 den bästa effekten. När 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 tillsätts vid 1490 ℃, kan den relativa densiteten för sintrade prover nå 96,2%, vilket överstiger densiteten för prover med någon sällsynt jordartsmetalloxid Y2O3 eller enbart CeO2.

Effekten av La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 för att främja sintring är bättre än att tillsätta endast La2O3, och slitstyrkan är uppenbarligen förbättrad. Det visar också att blandningen av två sällsynta jordartsmetalloxider inte är ett enkelt tillägg, utan det finns en interaktion mellan dem, vilket är mer fördelaktigt för sintring och prestandaförbättring av aluminiumoxidkeramer, men principen återstår att studera.

Dessutom har det visat sig att tillsatsen av blandade sällsynta jordartsmetalloxider som sintrings-AIDS kan förbättra migrationen av material, främja sintringen av MgO-keramik och förbättra densiteten. Men när halten av blandad metalloxid är mer än 15 %, minskar den relativa densiteten och den öppna porositeten ökar.

För det andra, påverkan av sällsynta jordartsmetalloxider på egenskaperna hos keramiska beläggningar

Befintlig forskning visar att sällsynta jordartsmetaller kan förfina kornstorleken, öka densiteten, förbättra mikrostrukturen och rena gränsytan. Det spelar en unik roll för att förbättra styrkan, segheten, hårdheten, slitstyrkan och korrosionsbeständigheten hos keramiska beläggningar, vilket förbättrar prestandan hos keramiska beläggningar i viss utsträckning och breddar användningsområdet för keramiska beläggningar.

1

Förbättring av mekaniska egenskaper hos keramiska beläggningar av sällsynta jordartsmetalloxider

Oxider av sällsynta jordartsmetaller kan avsevärt förbättra hårdheten, böjhållfastheten och draghållfastheten hos keramiska beläggningar. De experimentella resultaten visar att beläggningens draghållfasthet effektivt kan förbättras genom att använda Lao _ 2 som tillsats i Al2O3+3 % TiO _ 2-material, och draghållfastheten kan nå 27,36 MPa när mängden Lao _ 2 är 6,0 %. Lägga till CeO2 med en massandel på 3,0% och 6,0% till Cr2O3-material, draghållfastheten hos beläggningen är mellan 18~25MPa, vilket är större än de ursprungliga 12~16MPa Men när innehållet av CeO2 är 9,0%, är draghållfastheten bindningsstyrkan minskar till 12~15MPa.

2

Förbättring av termisk chockbeständighet hos keramisk beläggning av sällsynta jordartsmetaller

Termisk chockbeständighetstest är ett viktigt test för att kvalitativt återspegla bindningsstyrkan mellan beläggning och substrat och anpassningen av termisk expansionskoefficient mellan beläggning och substrat. Det återspeglar direkt beläggningens förmåga att motstå avflagning när temperaturen ändras växelvis under användning, och återspeglar också beläggningens förmåga att motstå mekanisk stöttrötthet och bindningsförmåga med substrat från sidan. Därför är det också nyckelfaktorn att bedöma kvalitet på keramisk beläggning.

Forskningen visar att tillsatsen av 3,0% CeO2 kan minska porositeten och porstorleken i beläggningen och minska spänningskoncentrationen vid kanten av porerna, vilket förbättrar den termiska chockbeständigheten hos Cr2O3-beläggningen. Emellertid minskade porositeten hos Al2O3-keramisk beläggning, och bindningsstyrkan och livslängden för termisk chockbrott hos beläggningen ökade uppenbarligen efter tillsats av LaO2. När tillsatsmängden LaO2 är 6% (massfraktion), är beläggningens termiska chockbeständighet bäst, och livslängden för termisk chockbrott kan nå 218 gånger, medan termisk chocklivslängd för beläggningen utan LaO2 endast är 163 gånger.

3

Oxider av sällsynta jordartsmetaller påverkar slitstyrkan hos beläggningar

De sällsynta jordartsmetalloxiderna som används för att förbättra slitstyrkan hos keramiska beläggningar är oftast CeO2 och La2O3. Deras hexagonala skiktade struktur kan visa god smörjfunktion och bibehålla stabila kemiska egenskaper vid hög temperatur, vilket effektivt kan förbättra slitstyrkan och minska friktionskoefficienten.

Forskningen visar att beläggningens friktionskoefficient med rätt mängd CeO2 är liten och stabil. Det har rapporterats att tillsats av La2O3 till plasmasprutad nickelbaserad cermetbeläggning uppenbarligen kan minska friktionsslitage och beläggnings friktionskoefficient, och friktionskoefficienten är stabil med små fluktuationer. Slitytan på beklädnadsskiktet utan sällsynta jordartsmetaller uppvisar allvarlig vidhäftning och spröd brott och spjälkning. Beläggningen som innehåller sällsynta jordartsmetaller uppvisar dock svag vidhäftning på den slitna ytan, och det finns inga tecken på spröd spjälkning av stora ytor. Mikrostrukturen hos sällsynt jordartsmetalldopad beläggning är tätare och mer kompakt, och porerna reduceras, vilket minskar den genomsnittliga friktionskraften som bärs av mikroskopiska partiklar och minskar friktion och slitage Doping av sällsynta jordartsmetaller kan också öka kristallplansavståndet för cermets, Det leder till förändringen av interaktionskraften mellan de två kristallytorna och minskar friktionskoefficienten.

Sammanfattning:

Även om oxider av sällsynta jordartsmetaller har gjort stora framsteg i appliceringen av keramiska material och beläggningar, vilket effektivt kan förbättra mikrostrukturen och mekaniska egenskaper hos keramiska material och beläggningar, finns det fortfarande många okända egenskaper, särskilt när det gäller att minska friktion och slitage. Hur man gör hållfasthet och slitstyrka hos material samverkar med deras smörjande egenskaper har blivit en viktig riktning värd att diskutera inom tribologiområdet.

Tel: +86-21-20970332E-post:info@shxlchem.com