Quina és la influència dels òxids de terres rares en els recobriments ceràmics?

La ceràmica, els materials metàl·lics i els materials polímers s'enumeren com els tres materials sòlids principals. La ceràmica té moltes propietats excel·lents, com ara resistència a alta temperatura, resistència a la corrosió, resistència al desgast, etc., perquè el mode d'enllaç atòmic de la ceràmica és l'enllaç iònic, l'enllaç covalent o l'enllaç ió-covalent mixt amb una gran energia d'enllaç. El recobriment ceràmic pot canviar l'aspecte, l'estructura i el rendiment de la superfície exterior del substrat, el compost de recobriment-substrat s'afavoreix pel seu nou rendiment. Pot combinar orgànicament les característiques originals del substrat amb les característiques de resistència a altes temperatures, alta resistència al desgast i alta resistència a la corrosió dels materials ceràmics, i donar un joc total als avantatges integrals dels dos tipus de materials, de manera que s'utilitza àmpliament en l'aeroespacial. , aviació, defensa nacional, indústria química i altres indústries.

Les terres rares s'anomenen la "casa del tresor" dels nous materials, a causa de la seva estructura electrònica 4f única i propietats físiques i químiques. Tanmateix, els metalls de terres rares pures poques vegades s'utilitzen directament en la investigació i els compostos de terres rares s'utilitzen principalment. Els compostos més comuns són CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS i ferrosilici de terres rares. Aquests compostos de terres rares poden millorar l'estructura i les propietats dels materials ceràmics i els recobriments ceràmics.

Aplicació d'òxids de terres rares en materials ceràmics

L'addició d'elements de terres rares com a estabilitzadors i SIDA a la sinterització a diferents ceràmiques pot reduir la temperatura de sinterització, millorar la resistència i la duresa d'algunes ceràmiques estructurals i, per tant, reduir el cost de producció. Al mateix temps, els elements de terres rares també tenen un paper molt important en sensors de gas semiconductors, mitjans de microones, ceràmica piezoelèctrica i altres ceràmiques funcionals. La investigació va trobar que, afegir dos o més òxids de terres rares a la ceràmica d'alúmina és millor que afegir un sol òxid de terres rares a la ceràmica d'alúmina. Després de la prova d'optimització, Y2O3+CeO2 té el millor efecte. Quan s'afegeix 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 a 1490 ℃, la densitat relativa de les mostres sinteritzades pot arribar al 96,2%, que supera la densitat de les mostres només amb qualsevol òxid de terres rares Y2O3 o CeO2.

L'efecte de La2O3 + Y2O3, Sm2O3 + La2O3 en la promoció de la sinterització és millor que el d'afegir només La2O3, i la resistència al desgast millora òbviament. També mostra que la barreja de dos òxids de terres rares no és una simple addició, però hi ha una interacció entre ells, que és més beneficiosa per a la sinterització i la millora del rendiment de la ceràmica d'alúmina, però el principi encara s'ha d'estudiar.

A més, es troba que l'addició d'òxids de metalls de terres rares mixtes com a SIDA a la sinterització pot millorar la migració de materials, promoure la sinterització de ceràmiques MgO i millorar la densitat. Tanmateix, quan el contingut d'òxid metàl·lic mixt és superior al 15%, la densitat relativa disminueix i la porositat oberta augmenta.

En segon lloc, la influència dels òxids de terres rares en les propietats dels recobriments ceràmics

Les investigacions existents mostren que els elements de terres rares poden refinar la mida del gra, augmentar la densitat, millorar la microestructura i purificar la interfície. Té un paper únic en la millora de la força, la duresa, la duresa, la resistència al desgast i la resistència a la corrosió dels recobriments ceràmics, la qual cosa millora el rendiment dels recobriments ceràmics fins a cert punt i amplia el rang d'aplicació dels recobriments ceràmics.

1

Millora de les propietats mecàniques dels recobriments ceràmics mitjançant òxids de terres rares

Els òxids de terres rares poden millorar significativament la duresa, la resistència a la flexió i la resistència a la tracció dels recobriments ceràmics. Els resultats experimentals mostren que la resistència a la tracció del recobriment es pot millorar eficaçment utilitzant Lao_2 com a additiu en material Al2O3+3% TiO_2, i la resistència a la tracció pot arribar als 27,36 MPa quan la quantitat de Lao_2 és de 6,0. %. Afegint CeO2 amb una fracció de massa del 3,0% i el 6,0% al material Cr2O3, la força d'unió a la tracció del recobriment és d'entre 18 ~ 25 MPa, que és més gran que els 12 ~ 16 MPa originals. Tanmateix, quan el contingut de CeO2 és del 9,0%, la tracció La força d'unió disminueix a 12 ~ 15MPa.

2

Millora de la resistència al xoc tèrmic del recobriment ceràmic per terres rares

La prova de resistència al xoc tèrmic és una prova important per reflectir qualitativament la força d'unió entre el recobriment i el substrat i la coincidència del coeficient d'expansió tèrmica entre el recobriment i el substrat. Reflecteix directament la capacitat del recobriment per resistir la pelació quan la temperatura canvia alternativament durant l'ús, i també reflecteix la capacitat del recobriment per resistir la fatiga per cops mecànics i la capacitat d'unió amb el substrat des del costat. Per tant, també és el factor clau per jutjar el qualitat del recobriment ceràmic.

La investigació mostra que l'addició de 3,0% de CeO2 pot reduir la porositat i la mida dels porus del recobriment i reduir la concentració d'estrès a la vora dels porus, millorant així la resistència al xoc tèrmic del recobriment Cr2O3. No obstant això, la porositat del recobriment ceràmic Al2O3 va disminuir i la força d'unió i la vida de fallada del xoc tèrmic del recobriment van augmentar òbviament després d'afegir LaO2. Quan la quantitat d'addició de LaO2 és del 6% (fracció de massa), la resistència al xoc tèrmic del recobriment és la millor, i la vida a la fallada del xoc tèrmic pot arribar a 218 vegades, mentre que la vida a la fallada del xoc tèrmic del recobriment sense LaO2 és només de 163 vegades.

3

Els òxids de terres rares afecten la resistència al desgast dels recobriments

Els òxids de terres rares utilitzats per millorar la resistència al desgast dels recobriments ceràmics són majoritàriament CeO2 i La2O3. La seva estructura en capes hexagonals pot mostrar una bona funció de lubricació i mantenir propietats químiques estables a alta temperatura, cosa que pot millorar eficaçment la resistència al desgast i reduir el coeficient de fricció.

La investigació mostra que el coeficient de fricció del recobriment amb la quantitat adequada de CeO2 és petit i estable. S'ha informat que afegir La2O3 al recobriment de cermet basat en níquel per polvorització de plasma pot reduir, òbviament, el desgast de la fricció i el coeficient de fricció del recobriment, i el coeficient de fricció és estable amb poca fluctuació. La superfície de desgast de la capa de revestiment sense terres rares mostra una adherència greu i fractura i trencament fràgil, tanmateix, el recobriment que conté terres rares mostra una adhesió feble a la superfície desgastada i no hi ha cap indici d'escallada fràgil d'una gran superfície. La microestructura del recobriment dopat amb terres rares és més densa i compacta, i els porus es redueixen, la qual cosa redueix la força de fricció mitjana suportada per partícules microscòpiques i redueix la fricció i el desgast El dopatge de terres rares també pot augmentar la distància del pla de cristall dels cermets, condueix. al canvi de la força d'interacció entre les dues cares del cristall i redueix el coeficient de fricció.

Resum:

Tot i que els òxids de terres rares han aconseguit grans èxits en l'aplicació de materials i recobriments ceràmics, que poden millorar eficaçment la microestructura i les propietats mecàniques dels materials i recobriments ceràmics, encara hi ha moltes propietats desconegudes, especialment en la reducció de la fricció i el desgast. Com fer el La força i la resistència al desgast dels materials cooperen amb les seves propietats lubricants s'ha convertit en una direcció important digna de discussió en el camp de la tribologia.

Tel: +86-21-20970332Correu electrònic：info@shxlchem.com