TaikymasReta žemėKompozitinėse medžiagose
Retųjų žemių elementai turi unikalią 4f elektroninę struktūrą, didelį atominį magnetinį momentą, stiprią sukimosi jungtį ir kitas charakteristikas. Sudarant kompleksus su kitais elementais, jų koordinacinis skaičius gali svyruoti nuo 6 iki 12. Retųjų žemių junginiai pasižymi įvairiomis kristalų struktūromis. Dėl ypatingų fizinių ir cheminių retųjų žemių metalų savybių jie plačiai naudojami lydant aukštos kokybės plieną ir spalvotuosius metalus, specialų stiklą ir aukštos kokybės keramiką, nuolatinio magneto medžiagas, vandenilio kaupimo medžiagas, liuminescencines ir lazerines medžiagas, branduolines medžiagas. , ir kitose srityse. Nuolat tobulinant kompozicines medžiagas, retųjų žemių metalų taikymas taip pat išsiplėtė į kompozitinių medžiagų sritį, pritraukdamas platų dėmesį, kad būtų pagerintos nevienalyčių medžiagų sąsajos savybės.
Pagrindinės retųjų žemių naudojimo formos ruošiant kompozicines medžiagas yra šios: ① pridėjimasretųjų žemių metalaiį kompozicines medžiagas; ② Pridėti į formąretųjų žemių oksidaiį kompozicinę medžiagą; ③ Polimerai, legiruoti arba sujungti su retųjų žemių metalais polimeruose, naudojami kaip kompozitinių medžiagų matricos medžiagos. Iš pirmiau minėtų trijų retųjų žemių naudojimo formų pirmosios dvi formos dažniausiai dedamos į metalo matricos kompozitą, o trečioji daugiausia naudojama polimero matricos kompozitams, o keraminės matricos kompozitas daugiausia dedamas antroje formoje.
Retųjų žemiųdaugiausia veikia metalo matricos ir keraminės matricos kompozitą priedų, stabilizatorių ir sukepinimo priedų pavidalu, labai pagerindamas jų veikimą, sumažindamas gamybos sąnaudas ir suteikdamas galimybę jį pritaikyti pramonėje.
Retųjų žemių elementų, kaip priedų į kompozicines medžiagas, pridėjimas daugiausia vaidina svarbų vaidmenį gerinant kompozitinių medžiagų sąsajos veikimą ir skatinant metalo matricos grūdelių tobulinimą. Veikimo mechanizmas yra toks.
① Pagerinkite drėgmę tarp metalinės matricos ir armavimo fazės. Retųjų žemių elementų elektronegatyvumas yra palyginti mažas (kuo mažesnis metalų elektronegatyvumas, tuo aktyvesnis nemetalų elektronegatyvumas). Pavyzdžiui, La yra 1,1, Ce yra 1,12, o Y yra 1,22. Paprasto netauriojo metalo Fe elektronegatyvumas yra 1,83, Ni yra 1,91, o Al yra 1,61. Todėl retųjų žemių elementai pirmiausia adsorbuojasi ant metalo matricos grūdelių ribų ir sutvirtinimo fazės lydymo proceso metu, sumažindami jų sąsajos energiją, padidindami sąsajos sukibimą, sumažindami drėkinimo kampą ir taip pagerindami drėkinamumą tarp matricos. ir sustiprinimo fazė. Tyrimai parodė, kad La elemento pridėjimas prie aliuminio matricos efektyviai pagerina AlO ir aliuminio skysčio drėkinamumą ir pagerina kompozitinių medžiagų mikrostruktūrą.
② Skatinkite metalo matricos grūdelių tobulinimą. Retųjų žemių tirpumas metalo kristaluose yra mažas, nes retųjų žemių elementų atominis spindulys yra didelis, o metalo matricos atominis spindulys yra palyginti mažas. Didesnio spindulio retųjų žemių elementų patekimas į matricos gardelę sukels gardelės iškraipymą, o tai padidins sistemos energiją. Kad išlaikytų mažiausią laisvąją energiją, retųjų žemių atomai gali praturtėti tik iki netaisyklingų grūdelių ribų, o tai tam tikru mastu trukdo laisvam matricos grūdelių augimui. Tuo pačiu metu praturtinti retųjų žemių elementai taip pat adsorbuoja kitus lydinio elementus, padidindami lydinio elementų koncentracijos gradientą, sukeldami vietinį komponentų peršalimą ir sustiprindami skystojo metalo matricos heterogeninį branduolio efektą. Be to, per mažas aušinimas, kurį sukelia elementų segregacija, taip pat gali paskatinti atskirtų junginių susidarymą ir tapti veiksmingomis heterogeniškomis branduolių dalelėmis, taip skatinant metalo matricos grūdelių tobulinimą.
③ Išvalykite grūdų ribas. Dėl stipraus retųjų žemių elementų ir tokių elementų kaip O, S, P, N ir kt. giminingumo standartinė laisva oksidų, sulfidų, fosfidų ir nitridų susidarymo energija yra maža. Šie junginiai pasižymi aukšta lydymosi temperatūra ir mažu tankiu, kai kurie iš jų gali būti pašalinti plūduriuojant iš lydinio skysčio, o kiti yra tolygiai pasiskirstę grūduose, sumažindami priemaišų atsiskyrimą prie grūdų ribos, taip išvalydami grūdų ribą ir pagerinti jo stiprumą.
Pažymėtina, kad dėl didelio retųjų žemių metalų aktyvumo ir žemos lydymosi temperatūros, kai jie dedami į metalo matricos kompozitą, jų sąlytį su deguonimi reikia specialiai kontroliuoti pridėjimo proceso metu.
Daugybė praktikų įrodė, kad retųjų žemių oksidų kaip stabilizatorių, sukepinimo pagalbinių medžiagų ir dopingo modifikatorių pridėjimas prie skirtingų metalo matricų ir keraminių matricų kompozitų gali žymiai pagerinti medžiagų stiprumą ir kietumą, sumažinti jų sukepinimo temperatūrą ir taip sumažinti gamybos sąnaudas. Pagrindinis jo veikimo mechanizmas yra toks.
① Kaip sukepinimo priedas, jis gali skatinti sukepinimą ir sumažinti kompozicinių medžiagų poringumą. Pridedant sukepinimo priedų, sukuriama skystoji fazė esant aukštai temperatūrai, sumažinama kompozitinių medžiagų sukepinimo temperatūra, slopinamas medžiagų skilimas aukštoje temperatūroje sukepinimo proceso metu ir gaunamos tankios kompozicinės medžiagos skystos fazės sukepinimo būdu. Dėl didelio stabilumo, silpno lakumo aukštoje temperatūroje ir aukštų retųjų žemių oksidų lydymosi ir virimo temperatūros jie gali sudaryti stiklo fazes su kitomis žaliavomis ir skatinti sukepinimą, todėl yra veiksmingas priedas. Tuo pačiu metu retųjų žemių oksidas taip pat gali sudaryti kietą tirpalą su keramine matrica, kuri gali sukelti kristalų defektus viduje, suaktyvinti gardelę ir skatinti sukepinimą.
② Pagerinkite mikrostruktūrą ir patobulinkite grūdelių dydį. Dėl to, kad pridėtiniai retųjų žemių oksidai daugiausia egzistuoja matricos grūdelių ribose, o dėl didelio tūrio retųjų žemių oksidai turi didelį atsparumą migracijai struktūroje, taip pat trukdo migruoti kitiems jonams, taip sumažindami grūdų ribų migracijos greitis, stabdantis grūdų augimą ir trukdantis nenormaliam grūdų augimui sukepinant aukštoje temperatūroje. Jie gali gauti mažus ir vienodus grūdelius, o tai skatina tankių struktūrų susidarymą; Kita vertus, legiruodami retųjų žemių oksidus, jie patenka į grūdėtumo ribinę stiklo fazę, pagerina stiklo fazės stiprumą ir taip pasiekia tikslą pagerinti medžiagos mechanines savybes.
Retųjų žemių elementai polimerinės matricos kompozituose daugiausia veikia juos gerindami polimerinės matricos savybes. Retųjų žemių oksidai gali padidinti polimerų terminio skilimo temperatūrą, o retųjų žemių karboksilatai gali pagerinti polivinilchlorido terminį stabilumą. Polistireno legiravimas retųjų žemių junginiais gali pagerinti polistireno stabilumą ir žymiai padidinti jo atsparumą smūgiams bei lenkimo stiprumą.
Paskelbimo laikas: 2023-04-26