Aplicació deTerra raraen materials compostos
Els elements de la Terra Rare tenen una estructura electrònica 4F única, un moment magnètic atòmic gran, un fort acoblament de gir i altres característiques. Quan es formen complexos amb altres elements, el seu nombre de coordinació pot variar de 6 a 12. Els compostos de terra rara tenen una varietat d’estructures de cristall. Les propietats físiques i químiques especials de les terres rares les fan àmpliament utilitzades en la fosa de metalls d’acer i no ferrosos d’alta qualitat, vidre especial i ceràmica d’alt rendiment, materials d’imants permanents, materials d’emmagatzematge d’hidrogen, materials luminescents i làser, materials nuclears i altres camps. Amb el desenvolupament continu de materials compostos, l’aplicació de terres rares també s’ha expandit al camp dels materials compostos, atraient una atenció generalitzada per millorar les propietats de la interfície entre materials heterogenis.
Les principals formes de sol·licitud de terra rara en la preparació de materials compostos inclouen: ① Afegirmetalls de terra raraa materials compostos; ② Afegiu en forma deòxids de terra raraal material compost; ③ Els polímers dopats o units amb metalls de terra rara en polímers s’utilitzen com a materials de matriu en materials compostos. Entre les tres formes anteriors d’aplicació de terres rares, les dues primeres formes s’afegeixen majoritàriament al compost de la matriu metàl·lica, mentre que la tercera s’aplica principalment als compostos de matriu de polímer, i el compost de la matriu ceràmica s’afegeix principalment en la segona forma.
Terra raraActua principalment sobre la matriu metàl·lica i la matriu ceràmica composta en forma d’additius, estabilitzadors i additius sinteritzadors, millorant molt el seu rendiment, reduint els costos de producció i fent possible la seva aplicació industrial.
L’addició d’elements de terra rara com a additius en materials compostos té un paper principalment en la millora del rendiment de la interfície de materials compostos i promovent el perfeccionament dels grans de matriu metàl·lica. El mecanisme d’acció és el següent.
① Millorar la humectació entre la matriu metàl·lica i la fase de reforç. L’electronegativitat dels elements de la Terra Rara és relativament baixa (com més petita sigui l’electronegativitat dels metalls, més activa l’electronegativitat dels no metals). Per exemple, LA és 1.1, CE és 1,12 i Y és 1,22. L’electronegativitat de la base de metall de base comuna Fe és 1,83, Ni és 1,91 i Al és 1,61. Per tant, els elements de la Terra Rara adsorbiran preferentment als límits del gra de la matriu metàl·lica i la fase de reforç durant el procés de fosa, reduint la seva energia de la interfície, augmentant el treball d’adhesió de la interfície, reduint l’angle d’asectació i, per tant, millorant la mentalitat entre la matriu i la fase de reforç. Les investigacions han demostrat que l’addició de l’element LA a la matriu d’alumini millora eficaçment la humectació de l’ALO i el líquid d’alumini i millora la microestructura de materials compostos.
② Promoure el perfeccionament dels grans de matriu metàl·lica. La solubilitat de la terra rara en el cristall metàl·lic és petita, perquè el radi atòmic dels elements de la terra rara és gran i el radi atòmic de la matriu metàl·lica és relativament petit. L’entrada d’elements de terra rara amb un radi més gran a la gelosia de la matriu provocarà distorsió de gelosia, cosa que augmentarà l’energia del sistema. Per mantenir l’energia lliure més baixa, els àtoms de la terra rara només poden enriquir -se cap als límits irregulars del gra, que fins a cert punt dificulten el creixement lliure de grans de matriu. Al mateix temps, els elements enriquits de la Terra Rare també adsorbiran altres elements d’aliatge, augmentant el gradient de concentració d’elements d’aliatge, provocant un subcontractació de components locals i millorant l’efecte de nucleació heterogeni de la matriu metàl·lica líquida. A més, la subcontractació causada per la segregació elemental també pot promoure la formació de compostos segregats i convertir -se en partícules de nucleació heterogènies efectives, promovent així el perfeccionament dels grans de matriu metàl·lica.
③ Purifiqueu els límits del gra. A causa de la forta afinitat entre elements de la Terra Rara i elements com O, S, P, N, etc., l’energia lliure estàndard de formació per a òxids, sulfurs, fosfurs i nitrurs és baixa. Aquests compostos tenen un punt de fusió elevat i una baixa densitat, alguns dels quals es poden eliminar flotant del líquid d’aliatge, mentre que d’altres es distribueixen uniformement dins del gra, reduint la segregació d’impureses al límit del gra, purificant així el límit del gra i millorant la seva força.
Cal destacar que, a causa de l’elevada activitat i el baix punt de fusió dels metalls de la terra rara, quan s’afegeixen al compost de la matriu metàl·lica, el seu contacte amb l’oxigen ha de ser controlat especialment durant el procés d’addició.
Un gran nombre de pràctiques han demostrat que l’afegit òxids de terra rara com a estabilitzadors, ajudes de sinterització i modificadors de dopatge a diferents matrius metàl·liques i compostos de matriu ceràmica pot millorar molt la força i la duresa dels materials, reduir la temperatura de sinterització i, per tant, reduir els costos de producció. El principal mecanisme de la seva acció és el següent.
① Com a additiu de sinterització, pot afavorir la sinterització i reduir la porositat en materials compostos. L’addició d’additius de sinterització és generar una fase líquida a temperatures elevades, reduir la temperatura de sinterització dels materials compostos, inhibir la descomposició de materials d’alta temperatura durant el procés de sinterització i obtenir materials compostos densos a través de la sinterització de fase líquida. A causa de l'elevada estabilitat, la volatilitat feble a alta temperatura i els punts alts de fusió i bullició d'òxids de terra rara, poden formar fases de vidre amb altres matèries primeres i afavorir la sinterització, convertint-les en un additiu eficaç. Al mateix temps, l’òxid de terra rara també pot formar una solució sòlida amb la matriu ceràmica, que pot generar defectes de cristall al seu interior, activar la gelosia i promoure la sinterització.
② Millorar la microestructura i perfeccionar la mida del gra. A causa del fet que els òxids de terres rares afegides existeixen principalment als límits del gra de la matriu i, a causa del seu gran volum, els òxids de terra rara tenen una alta resistència a la migració en l'estructura i també dificulten la migració d'altres ions, reduint així la taxa de migració dels límits del gra, inhibint el creixement del gra i dificultant el creixement dels grans durant la sinterització de la temperatura. Poden obtenir grans petits i uniformes, cosa que propici per a la formació d’estructures denses; D’altra banda, en dopant òxids de terra rara, entren a la fase de vidre del límit del gra, millorant la força de la fase de vidre i aconseguint així l’objectiu de millorar les propietats mecàniques del material.
Els elements de terra rara en els compostos de la matriu de polímer els afecten principalment millorant les propietats de la matriu de polímer. Els òxids de terra rara poden augmentar la temperatura de descomposició tèrmica dels polímers, mentre que els carboxilats de terres rares poden millorar l'estabilitat tèrmica del clorur de polivinil. El poliestirè dopatge amb compostos de terra rara pot millorar l’estabilitat del poliestirè i augmentar significativament la seva força d’impacte i la força de flexió.
Hora del missatge: 26-2023 d'abril