Toepassing vanZeldzame aardein samengestelde materialen
Zeldzame aardelementen hebben een unieke 4F -elektronische structuur, groot atoommagnetisch moment, sterke spinkoppeling en andere kenmerken. Bij het vormen van complexen met andere elementen kan hun coördinatienummer variëren van 6 tot 12. Zeldzame aardverbindingen hebben een verscheidenheid aan kristalstructuren. De speciale fysische en chemische eigenschappen van zeldzame aardes maken ze op grote schaal gebruikt bij het smelten van hoogwaardige stalen en non-ferrometalen, speciaal glas en hoogwaardige keramiek, permanente magneetmaterialen, waterstofopslagmaterialen, luminescente en lasermaterialen, nucleaire materialen en andere velden. Met de continue ontwikkeling van composietmaterialen is de toepassing van zeldzame aardes ook uitgebreid naar het gebied van composietmaterialen, waardoor wijdverbreide aandacht wordt getrokken bij het verbeteren van de interface -eigenschappen tussen heterogene materialen.
De belangrijkste toepassingsvormen van zeldzame aarde bij de bereiding van composietmaterialen zijn onder meer: ① ToevoegenZeldzame aardmetalensamengestelde materialen; ② Voeg de vorm van toeZeldzame aardoxidennaar het samengestelde materiaal; ③ Polymeren gedoteerd of gebonden met zeldzame aardmetalen in polymeren worden gebruikt als matrixmaterialen in composietmaterialen. Van de bovenstaande drie vormen van zeldzame aardetoepassing worden de eerste twee vormen meestal toegevoegd aan metaalmatrixcomposiet, terwijl de derde voornamelijk wordt toegepast op polymeermatrixcomposieten, en de keramische matrixcomposiet worden voornamelijk in de tweede vorm toegevoegd.
Zeldzame aardeHandelt voornamelijk op metalen matrix en keramische matrixcomposiet in de vorm van additieven, stabilisatoren en sinterende additieven, het aanzienlijk verbeteren van hun prestaties, het verlagen van de productiekosten en het mogelijk maken van de industriële toepassing.
De toevoeging van zeldzame aardelementen als additieven in composietmaterialen speelt voornamelijk een rol bij het verbeteren van de interface -prestaties van composietmaterialen en het bevorderen van de verfijning van metaalmatrixkorrels. Het werkingsmechanisme is als volgt.
① Verbeter de bevochtigbaarheid tussen de metalen matrix en de versterkingsfase. De elektronegativiteit van zeldzame aardelementen is relatief laag (hoe kleiner de elektronegativiteit van metalen, hoe actiever de elektronegativiteit van niet -metalen). LA is bijvoorbeeld 1,1, CE is 1,12 en Y is 1,22. De elektronegativiteit van gemeenschappelijke basismetaal Fe is 1,83, Ni is 1,91 en Al is 1,61. Daarom zullen zeldzame aardelementen bij voorkeur adsorberen op de korrelgrenzen van de metaalmatrix en de versterkingsfase tijdens het smeltproces, waardoor hun interface -energie wordt verminderd, het adhesiewerk van het interface vergroten, waardoor de bevochtigingshoek wordt verminderd en de bevochtigbaarheid tussen de matrix- en versterkingsfase wordt verbeterd. Onderzoek heeft aangetoond dat de toevoeging van LA -element aan de aluminiummatrix effectief de bevochtigbaarheid van ALO en aluminium vloeistof verbetert en de microstructuur van composietmaterialen verbetert.
② Bevorder de verfijning van metalen matrixkorrels. De oplosbaarheid van zeldzame aarde in metalen kristal is klein, omdat de atoomradius van zeldzame aardelementen groot is en de atomaire straal van metaalmatrix relatief klein is. De binnenkomst van zeldzame aardelementen met een grotere straal in het matrixrooster zal roostervervorming veroorzaken, wat de systeemergie zal vergroten. Om de laagste vrije energie te behouden, kunnen zeldzame aardatomen alleen verrijken naar onregelmatige korrelgrenzen, die tot op zekere hoogte de vrije groei van matrixkorrels belemmert. Tegelijkertijd zullen de verrijkte zeldzame aardelementen ook andere legeringselementen adsorberen, waardoor de concentratiegradiënt van legeringselementen wordt verhoogd, waardoor de onderkoeling van lokale componenten wordt veroorzaakt en het heterogene nucleatie -effect van de vloeibare metaalmatrix wordt verbeterd. Bovendien kan de onderkoeling veroorzaakt door elementaire segregatie ook de vorming van gescheiden verbindingen bevorderen en effectieve heterogene nucleatie -deeltjes worden, waardoor de verfijning van de metaalmatrixkorrels wordt bevorderd.
③ Zuiver korrelgrenzen. Vanwege de sterke affiniteit tussen zeldzame aardelementen en elementen zoals O, S, P, N, enz., Is de standaard vrije energie van formatie voor oxiden, sulfiden, fosfiden en nitriden laag. Deze verbindingen hebben een hoog smeltpunt en een lage dichtheid, waarvan sommige kunnen worden verwijderd door uit de legeringsvloeistof te zweven, terwijl anderen gelijkmatig in het korrel worden verdeeld, waardoor de segregatie van onzuiverheden aan de korrelgrens wordt verminderd, waardoor de korrelgrens wordt gezuiverd en de kracht ervan verbetert.
Opgemerkt moet worden dat, vanwege de hoge activiteit en het lage smeltpunt van zeldzame aardmetalen, wanneer ze worden toegevoegd aan metaalmatrixcomposiet, hun contact met zuurstof speciaal moet worden geregeld tijdens het toevoegproces.
Een groot aantal praktijken heeft bewezen dat het toevoegen van zeldzame aardoxiden als stabilisatoren, sinterende hulpmiddelen en doping -modificatoren voor verschillende metaalmatrix en keramische matrixcomposiet de sterkte en hardheid van materialen aanzienlijk kunnen verbeteren, hun sintertemperatuur kunnen verlagen en dus de productiekosten kunnen verlagen. Het belangrijkste mechanisme van zijn werking is als volgt.
① Als een sintering -additief kan het sintering bevorderen en porositeit in samengestelde materialen verminderen. De toevoeging van sintering-additieven is om een vloeibare fase te genereren bij hoge temperaturen, de sintertemperatuur van composietmaterialen te verminderen, de ontleding van materialen op hoge temperatuur tijdens het sinterproces te remmen en dichte composietmaterialen te verkrijgen door vloeibare fase sinteren. Vanwege de hoge stabiliteit, zwakke volatiliteit van hoge temperatuur en hoge smelt- en kookpunten van zeldzame aardoxiden, kunnen ze glazen fasen vormen met andere grondstoffen en sinteren, waardoor ze een effectief additief zijn. Tegelijkertijd kan het zeldzame aardoxide ook een vaste oplossing vormen met de keramische matrix, die kristaldefecten binnenin kan genereren, het rooster kan activeren en sinteren bevorderen.
② Verbeter de microstructuur en verfijn de korrelgrootte. Vanwege het feit dat de toegevoegde zeldzame aardoxiden voornamelijk bestaan aan de korrelgrenzen van de matrix, en vanwege hun grote volume, hebben zeldzame aardoxiden een hoge migratieresistentie in de structuur, en belemmert ook de migratie van andere ionen, waardoor de migratiesnelheid van korrelgrenzen, remmende korrelgroei wordt belemmerd en de abnormale groei van de groei tijdens de high-sounter tijdens de hoge migrator die de groei van de korrel belemmert, belemmert. Ze kunnen kleine en uniforme korrels verkrijgen, die bevorderlijk is voor de vorming van dichte structuren; Aan de andere kant komen ze door zeldzame aardoxiden te doperen, de korrelgrensfase binnen, waardoor de sterkte van de glasfase wordt verbeterd en zo het doel bereikt om de mechanische eigenschappen van het materiaal te verbeteren.
Zeldzame aardelementen in polymeermatrixcomposieten beïnvloeden ze voornamelijk door de eigenschappen van de polymeermatrix te verbeteren. Zeldzame aardoxiden kunnen de thermische ontledingstemperatuur van polymeren verhogen, terwijl zeldzame aardcarboxyaten de thermische stabiliteit van polyvinylchloride kunnen verbeteren. Doping polystyreen met zeldzame aardverbindingen kunnen de stabiliteit van polystyreen verbeteren en de impactsterkte en buigsterkte aanzienlijk verhogen.
Posttijd: april-26-2023