Примена на ретка земја во композитни материјали

Примена наРетка земјаво Композитни материјали
Ретките земјени елементи имаат единствена електронска структура 4f, голем атомски магнетен момент, силна спин спојка и други карактеристики. Кога се формираат комплекси со други елементи, нивниот координативен број може да варира од 6 до 12. Соединенијата на ретките земји имаат различни кристални структури. Посебните физички и хемиски својства на ретките земји ги прават широко користени во топењето на висококвалитетен челик и обоени метали, специјално стакло и керамика со високи перформанси, материјали со постојан магнет, материјали за складирање на водород, луминисцентни и ласерски материјали, нуклеарни материјали , и други полиња. Со континуираниот развој на композитните материјали, примената на ретките земји се прошири и на полето на композитни материјали, привлекувајќи широко внимание во подобрувањето на карактеристиките на интерфејсот помеѓу хетерогените материјали.

Главните форми на примена на ретка земја во подготовката на композитни материјали вклучуваат: ① додавањеметали од ретки земјина композитни материјали; ② Додадете во форма наоксиди од ретки земјина композитниот материјал; ③ Полимерите допирани или врзани со метали од ретки земји во полимерите се користат како матрични материјали во композитни материјали. Помеѓу горенаведените три форми на примена на ретки земји, првите две форми најмногу се додаваат на композитот со метална матрица, додека третиот главно се применува на композитите со полимерна матрица, а композитот со керамичка матрица главно се додава во втората форма.

Ретка земјаглавно делува на метална матрица и композитна керамичка матрица во форма на адитиви, стабилизатори и адитиви за синтерување, во голема мера ги подобрува нивните перформанси, ги намалува трошоците за производство и ја овозможува неговата индустриска примена.

Додавањето на елементи од ретка земја како адитиви во композитните материјали главно игра улога во подобрувањето на интерфејсот на композитните материјали и промовирање на префинетоста на зрната од метална матрица. Механизмот на дејство е како што следува.

① Подобрете ја влажноста помеѓу металната матрица и фазата на зајакнување. Електронегативноста на ретките земјени елементи е релативно мала (колку е помала електронегативноста на металите, толку е поактивна електронегативноста на неметалите). На пример, La е 1,1, Ce е 1,12, а Y е 1,22. Електронегативноста на обичниот основен метал Fe е 1,83, Ni е 1,91, а Al е 1,61. Затоа, елементите од ретките земји преференцијално ќе се адсорбираат на границите на зрната на металната матрица и фазата на засилување за време на процесот на топење, намалувајќи ја нивната меѓусебна енергија, зголемувајќи ја работата на адхезија на интерфејсот, намалувајќи го аголот на мокрење и со тоа подобрување на навлажливоста помеѓу матрицата. и фаза на засилување. Истражувањата покажаа дека додавањето на елементот La во алуминиумската матрица ефикасно ја подобрува влажноста на AlO и алуминиумската течност и ја подобрува микроструктурата на композитните материјали.

② Промовирајте го префинетоста на зрната од метална матрица. Растворливоста на ретката земја во металниот кристал е мала, бидејќи атомскиот радиус на ретките земјени елементи е голем, а атомскиот радиус на металната матрица е релативно мал. Влегувањето на елементи од ретка земја со поголем радиус во матричната решетка ќе предизвика дисторзија на решетката, што ќе ја зголеми енергијата на системот. За да се одржи најниската слободна енергија, атомите на ретките земји можат да се збогатат само кон неправилни граници на зрната, што до одреден степен го попречува слободниот раст на матричните зрна. Во исто време, збогатените ретки земјени елементи ќе ги адсорбираат и другите легирани елементи, зголемувајќи го концентрациониот градиент на елементите од легура, предизвикувајќи недоволно ладење на локалната компонента и зголемувајќи го хетерогениот ефект на нуклеација на матрицата на течниот метал. Дополнително, недоволното ладење предизвикано од елементарната сегрегација, исто така, може да го промовира формирањето на сегрегирани соединенија и да стане ефективни хетерогени честички за јадрење, а со тоа да го промовира префинетоста на зрната на металната матрица.

③ Прочистете ги границите на житото. Поради силниот афинитет помеѓу ретките земјени елементи и елементи како што се O, S, P, N итн., стандардната слободна енергија на формирање за оксиди, сулфиди, фосфиди и нитриди е мала. Овие соединенија имаат висока точка на топење и мала густина, од кои некои може да се отстранат со лебдење нагоре од течноста од легура, додека други се рамномерно распоредени во зрното, намалувајќи ја сегрегацијата на нечистотиите на границата на зрното, со што се прочистува границата на зрното и подобрување на неговата сила.

Треба да се напомене дека, поради високата активност и ниската точка на топење на металите од ретките земји, кога тие се додаваат во композитот од метална матрица, нивниот контакт со кислородот треба посебно да се контролира при процесот на додавање.

Голем број практики докажаа дека додавањето оксиди од ретки земји како стабилизатори, помагала за синтерување и допинг модификатори на различни метални матрици и композити од керамички матрици може значително да ја подобри цврстината и цврстината на материјалите, да ја намали нивната температура на синтерување и со тоа да ги намали трошоците за производство. Главниот механизам на неговото дејство е како што следува.

① Како додаток за синтерување, може да го промовира синтерувањето и да ја намали порозноста кај композитните материјали. Додавањето на адитиви за синтерување е да се генерира течна фаза на високи температури, да се намали температурата на синтерување на композитните материјали, да се инхибира високотемпературното распаѓање на материјалите за време на процесот на синтерување и да се добијат густи композитни материјали преку синтерување во течна фаза. Поради високата стабилност, слабата нестабилност на висока температура и високите точки на топење и вриење на ретките земјени оксиди, тие можат да формираат стаклени фази со други суровини и да промовираат синтерување, што ги прави ефективен додаток. Во исто време, оксидот на ретка земја може да формира и цврст раствор со керамичката матрица, што може да генерира кристални дефекти внатре, да ја активира решетката и да промовира синтерување.

② Подобрете ја микроструктурата и насочете ја големината на зрната. Поради фактот што додадените оксиди на ретки земји главно постојат на границите на зрната на матрицата, а поради нивниот голем волумен, оксидите на ретките земји имаат висока отпорност на миграција во структурата, а исто така ја попречуваат миграцијата на другите јони, со што се намалува стапка на миграција на границите на зрната, инхибиција на растот на зрната и попречување на абнормалниот раст на зрната за време на синтерување на висока температура. Тие можат да добијат мали и униформни зрна, што е погодно за формирање на густи структури; Од друга страна, со допинг на ретки земјени оксиди, тие влегуваат во фазата на границата на зрното стакло, со што се подобрува цврстината на стаклената фаза и со тоа се постигнува целта за подобрување на механичките својства на материјалот.

Ретките земјени елементи во композитите со полимерна матрица главно влијаат на нив преку подобрување на својствата на полимерната матрица. Оксидите на ретките земји можат да ја зголемат температурата на термичко распаѓање на полимерите, додека карбоксилатите на ретките земји можат да ја подобрат термичката стабилност на поливинил хлоридот. Допинг полистирен со соединенија од ретки земји може да ја подобри стабилноста на полистиренот и значително да ја зголеми неговата сила на удар и цврстина на свиткување.