Какво е влијанието на оксидите на ретките земни елементи во керамичките премази?

Керамиката, металните материјали и полимерните материјали се наведени како три главни цврсти материјали. Керамиката има многу одлични својства, како што се отпорност на високи температури, отпорност на корозија, отпорност на абење итн., бидејќи атомскиот начин на врзување на керамиката е јонска врска, ковалентна врска или мешана јонско-ковалентна врска со висока енергија на врската. Керамичкиот премаз може да го промени изгледот, структурата и перформансите на надворешната површина на подлогата, а композитот премаз-подлога е фаворизиран поради неговите нови перформанси. Може органски да ги комбинира оригиналните карактеристики на подлогата со карактеристиките на отпорност на високи температури, висока отпорност на абење и висока отпорност на корозија на керамичките материјали, и да им даде целосна употреба на сеопфатните предности на двата вида материјали, па затоа е широко користен во воздухопловството, авијацијата, националната одбрана, хемиската индустрија и други индустрии.

Ретките земни метали се нарекуваат „ризница“ на нови материјали, поради нивната единствена 4f електронска структура и физичките и хемиските својства. Сепак, чистите ретки земни метали ретко се користат директно во истражувањата, а најчесто се користат соединенија на ретки земни метали. Најчестите соединенија се CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS и феросилициум од ретки земни метали. Овие соединенија на ретки земни метали можат да ја подобрат структурата и својствата на керамичките материјали и керамичките премази.

I Примена на ретки земни оксиди во керамички материјали

Додавањето на ретки земни елементи како стабилизатори и помагала за синтерување на различни керамики може да ја намали температурата на синтерување, да ја подобри цврстината и цврстината на некои структурни керамики, а со тоа да ги намали трошоците за производство. Во исто време, ретките земни елементи играат многу важна улога и во полупроводничките сензори за гас, микробрановите медиуми, пиезоелектричната керамика и другата функционална керамика. Истражувањето покажа дека додавањето на два или повеќе ретки земни оксиди во алуминиумска керамика заедно е подобро од додавањето на еден ретки земни оксид во алуминиумска керамика. По тестот за оптимизација, Y2O3+CeO2 има најдобар ефект. Кога се додава 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 на 1490℃, релативната густина на синтеруваните примероци може да достигне 96,2%, што ја надминува густината на примероците со кој било ретки земни оксид Y2O3 или CeO2 сам.

Ефектот на La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 во поттикнувањето на синтерувањето е подобар од оној со додавање само на La2O3, а отпорноста на абење е очигледно подобрена. Исто така, покажува дека мешањето на два оксиди на ретки земни елементи не е едноставно додавање, туку постои интеракција меѓу нив, што е покорисно за синтерувањето и подобрувањето на перформансите на алуминиумската керамика, но принципот сè уште треба да се проучи.

Покрај тоа, откриено е дека додавањето на мешани оксиди од ретки земни метали како помагала за синтерување може да ја подобри миграцијата на материјалите, да го поттикне синтерувањето на керамиката MgO и да ја подобри густината. Меѓутоа, кога содржината на мешан метален оксид е поголема од 15%, релативната густина се намалува, а отворената порозност се зголемува.

Второ, влијанието на оксидите на ретките земни елементи врз својствата на керамичките премази

Постоечките истражувања покажуваат дека ретките земни елементи можат да ја подобрат големината на зрната, да ја зголемат густината, да ја подобрат микроструктурата и да ја прочистат површината. Тие играат единствена улога во подобрувањето на цврстината, цврстината, тврдоста, отпорноста на абење и отпорноста на корозија на керамичките премази, што до одреден степен ги подобрува перформансите на керамичките премази и го проширува опсегот на примена на керамичките премази.

1

Подобрување на механичките својства на керамичките премази со оксиди на ретки земни елементи

Ретките земни оксиди можат значително да ја подобрат тврдоста, цврстината на свиткување и цврстината на затегнување на керамичките премази. Експерименталните резултати покажуваат дека цврстината на затегнување на премазот може ефикасно да се подобри со употреба на Lao_2 како додаток во материјалот Al2O3+3% TiO_2, а цврстината на затегнување може да достигне 27,36MPa кога количината на Lao_2 е 6,0%. Со додавање на CeO2 со масен удел од 3,0% и 6,0% во материјалот Cr2O3, цврстината на затегнување на премазот е помеѓу 18~25MPa, што е поголема од првичните 12~16MPa. Меѓутоа, кога содржината на CeO2 е 9,0%, цврстината на затегнување се намалува на 12~15MPa.

2

Подобрување на отпорноста на термички шок на керамичкиот слој од ретки земни материјали

Тестот за отпорност на термички шок е важен тест за квалитативно одразување на јачината на сврзување помеѓу премазот и подлогата и совпаѓањето на коефициентот на термичка експанзија помеѓу премазот и подлогата. Тој директно ја одразува способноста на премазот да се спротивстави на лупење кога температурата се менува наизменично за време на употребата, а исто така ја одразува способноста на премазот да се спротивстави на механичкиот замор од удар и способноста за сврзување со подлогата од страна. Затоа, тој е исто така клучен фактор за оценување на квалитетот на керамичкиот премаз.

Истражувањето покажува дека додавањето на 3,0% CeO2 може да ја намали порозноста и големината на порите во премазот, како и да ја намали концентрацијата на стрес на работ на порите, со што се подобрува отпорноста на термички шок на премазот од Cr2O3. Сепак, порозноста на керамичкиот премаз од Al2O3 се намали, а јачината на лепење и животниот век на премазот од термички шок значително се зголемија по додавањето на LaO2. Кога количината на додадена количина на LaO2 е 6% (масен удел), отпорноста на премазот на термички шок е најдобра, а животниот век на премазот од термички шок може да достигне 218 пати, додека животниот век на премазот од термички шок е само 163 пати.

3

Оксидите на ретките земни елементи влијаат на отпорноста на абење на премазите

Оксидите на ретки земни елементи што се користат за подобрување на отпорноста на абење на керамичките премази се претежно CeO2 и La2O3. Нивната хексагонална слоевита структура може да покаже добра функција на подмачкување и да одржува стабилни хемиски својства на висока температура, што може ефикасно да ја подобри отпорноста на абење и да го намали коефициентот на триење.

Истражувањето покажува дека коефициентот на триење на премазот со соодветна количина на CeO2 е мал и стабилен. Објавено е дека додавањето на La2O3 на кермет премаз на база на никел, испрскан со плазма, очигледно може да го намали абењето од триење и коефициентот на триење на премазот, а коефициентот на триење е стабилен со мали флуктуации. Површината на абење на слојот за обложување без ретки земјени елементи покажува сериозна адхезија и кршливо кршење и лупење. Сепак, премазот што содржи ретки земјени елементи покажува слаба адхезија на истрошената површина и нема знаци на кршливо лупење на голема површина. Микроструктурата на премазот допиран со ретки земјени елементи е погуста и покомпактна, а порите се намалени, што ја намалува просечната сила на триење што ја носат микроскопските честички и го намалува триењето и абењето. Допирањето на ретки земјени елементи, исто така, може да го зголеми растојанието до кристалната рамнина на керметите. Тоа доведува до промена на силата на интеракција помеѓу двете кристални површини и го намалува коефициентот на триење.

Резиме:

Иако ретките земни оксиди постигнаа големи достигнувања во примената на керамичките материјали и премази, што може ефикасно да ја подобри микроструктурата и механичките својства на керамичките материјали и премази, сè уште има многу непознати својства, особено во намалувањето на триењето и абењето. Како да се направи цврстината и отпорноста на абење на материјалите да соработуваат со нивните својства за подмачкување стана важна насока достојна за дискусија во областа на трибологијата.

Тел: +86-21-20970332Е-пошта：info@shxlchem.com