Aplicación deTerra raraen materiais compostos
Os elementos de terra rara teñen unha estrutura electrónica única 4F, un gran momento magnético atómico, un forte acoplamiento de xiro e outras características. Ao formar complexos con outros elementos, o seu número de coordinación pode variar de 6 a 12. Os compostos de terra rara teñen unha variedade de estruturas de cristal. As propiedades físicas e químicas especiais das terras raras fan que sexan amplamente utilizadas na fundición de metais de aceiro de alta calidade e metais non férreos, vidro especial e cerámica de alto rendemento, materiais de imán permanente, materiais de almacenamento de hidróxeno, materiais láser e láser, materiais nucleares e outros campos. Co desenvolvemento continuo de materiais compostos, a aplicación de terras raras tamén se expandiu ao campo de materiais compostos, atraendo a atención xeneralizada para mellorar as propiedades da interface entre materiais heteroxéneos.
As principais formas de aplicación de terra rara na preparación de materiais compostos inclúen: ① Engadindometais da terra raraa materiais compostos; ② Engadir a forma deóxidos de terra raraao material composto; ③ Os polímeros dopados ou unidos con metais de terra rara en polímeros úsanse como materiais de matriz en materiais compostos. Entre as tres formas anteriores de aplicación de terra rara, as dúas primeiras formas engádense principalmente ao composto de matriz metálica, mentres que o terceiro aplícase principalmente a compostos de matriz de polímeros, e o composto de matriz cerámica engádese principalmente na segunda forma.
Terra raraPrincipalmente actúa sobre a matriz metálica e o composto de matriz de cerámica en forma de aditivos, estabilizadores e aditivos de sinterización, mellorando enormemente o seu rendemento, reducindo os custos de produción e facendo posible a súa aplicación industrial.
A adición de elementos de terra rara como aditivos en materiais compostos xoga principalmente un papel na mellora do rendemento da interface de materiais compostos e na promoción do perfeccionamento de grans de matriz metálica. O mecanismo de acción é o seguinte.
① Mellora a humectabilidade entre a matriz metálica e a fase de reforzo. A electronegatividade dos elementos da terra rara é relativamente baixa (canto menor sexa a electronegatividade dos metais, máis activa é a electronegatividade dos non metais). Por exemplo, LA é 1.1, CE é 1,12 e Y é 1,22. A electronegatividade do Fe común de metal base é de 1,83, NI é de 1,91 e AL é 1,61. Polo tanto, os elementos da terra rara adsorbiranse preferentemente nos límites do gran da matriz metálica e da fase de reforzo durante o proceso de fundición, reducindo a súa enerxía de interface, aumentando o traballo de adhesión da interface, reducindo o ángulo de humectación e, polo tanto, mellorando a verdabilidade entre a matriz e a fase de reforzo. A investigación demostrou que a adición de elemento LA á matriz de aluminio mellora efectivamente a humidade do líquido ALO e do aluminio e mellora a microestrutura de materiais compostos.
② Promove o perfeccionamento de grans de matriz metálica. A solubilidade da terra rara no cristal metálico é pequena, porque o radio atómico dos elementos da terra rara é grande, e o radio atómico da matriz metálica é relativamente pequeno. A entrada de elementos de terra rara con maior radio no enreixado de matriz provocará distorsión de celosía, o que aumentará a enerxía do sistema. Para manter a enerxía libre máis baixa, os átomos da Terra rara só poden enriquecer cara aos límites de grans irregulares, que ata certo punto dificultan o libre crecemento de grans de matriz. Ao mesmo tempo, os elementos enriquecidos da terra rara tamén adsorbirán outros elementos de aliaxe, aumentando o gradiente de concentración de elementos de aliaxe, provocando un subcontratamento de compoñentes locais e aumentando o efecto de nucleación heteroxénea da matriz de metal líquido. Ademais, o subcontratamento causado pola segregación elemental tamén pode promover a formación de compostos segregados e converterse en partículas de nucleación heteroxéneas efectivas, promovendo así o perfeccionamento dos grans de matriz metálica.
③ Purifique os límites do gran. Debido á forte afinidade entre elementos de terra rara e elementos como O, S, P, N, etc., a enerxía gratuíta estándar de formación de óxidos, sulfuros, fosfuros e nitridos é baixa. Estes compostos teñen un alto punto de fusión e baixa densidade, algúns dos cales poden ser eliminados flotando do líquido de aliaxe, mentres que outros se distribúen uniformemente dentro do gran, reducindo a segregación de impurezas no límite do gran, purificando así o límite do gran e mellorando a súa forza.
Cómpre salientar que, debido á alta actividade e ao punto de fusión baixa dos metais da terra rara, cando se engaden ao composto de matriz metálica, o seu contacto co osíxeno debe ser controlado especialmente durante o proceso de adición.
Un gran número de prácticas demostraron que a adición de óxidos de terra rara como estabilizadores, a axuda de sinterización e os modificadores de dopaxe a diferentes matrices metálicas e composto de matriz cerámica pode mellorar enormemente a resistencia e a dureza dos materiais, reducir a temperatura de sinterización e, polo tanto, reducir os custos de produción. O principal mecanismo da súa acción é o seguinte.
① Como aditivo de sinterización, pode promover a sinterización e reducir a porosidade en materiais compostos. A adición de aditivos de sinterización é xerar unha fase líquida a altas temperaturas, reducir a temperatura de sinterización dos materiais compostos, inhibir a descomposición de alta temperatura de materiais durante o proceso de sinterización e obter materiais compostos densos mediante sinterización en fase líquida. Debido á alta estabilidade, á débil volatilidade de alta temperatura e aos altos puntos de fusión e fervendo de óxidos de terra rara, poden formar fases de vidro con outras materias primas e promover a sinterización, converténdose nun aditivo eficaz. Ao mesmo tempo, o óxido de terra rara tamén pode formar unha solución sólida coa matriz cerámica, que pode xerar defectos de cristal dentro, activar a celosía e promover a sinterización.
② Mellorar a microestrutura e perfeccionar o tamaño do gran. Debido a que os óxidos de terra raros engadidos existen principalmente nos límites do gran da matriz, e debido ao seu gran volume, os óxidos de terra raros teñen alta resistencia á migración na estrutura e dificultan tamén a migración doutros ións, reducindo así a taxa de migración de límites de granado, inhibindo o crecemento do gran. Poden obter grans pequenos e uniformes, o que é propicio para a formación de estruturas densas; Por outra banda, ao dopar óxidos de terra rara, entran na fase de vidro do límite do gran, mellorando a forza da fase de vidro e conseguindo así o obxectivo de mellorar as propiedades mecánicas do material.
Os elementos da terra rara nos compostos de matriz de polímeros afectan principalmente a mellorar as propiedades da matriz de polímeros. Os óxidos de terra rara poden aumentar a temperatura de descomposición térmica dos polímeros, mentres que os carboxilatos de terra rara poden mellorar a estabilidade térmica do cloruro de polivinilo. O poliestireno de dopaxe con compostos de terra rara pode mellorar a estabilidade do poliestireno e aumentar significativamente a súa forza de impacto e resistencia á flexión.
Tempo de publicación: 26-2023 de abril