Apliko de Rara Tero en Kompozitaj Materialoj

Apliko deRara Teroen Kompozitaj Materialoj
Rarateraj elementoj havas unikan 4f-elektronikan strukturon, grandan atoman magnetan momenton, fortan spinan kupladon kaj aliajn karakterizaĵojn. Kiam oni formas kompleksojn kun aliaj elementoj, ilia kunordiga nombro povas varii de 6 ĝis 12. Rarateraj kombinaĵoj havas diversajn kristalstrukturojn. La specialaj fizikaj kaj kemiaj ecoj de raraj teroj igas ilin vaste uzataj en la fandado de altkvalita ŝtalo kaj neferaj metaloj, speciala vitro kaj alt-efikecaj ceramikaĵoj, permanentaj magnetaj materialoj, hidrogenaj stokaj materialoj, lumineskaj kaj laseraj materialoj, nukleaj materialoj, kaj aliaj kampoj. Kun la kontinua disvolviĝo de kompozitaj materialoj, la apliko de raraj teroj ankaŭ disetendiĝis al la kampo de kompozitaj materialoj, altirante vastan atenton pri plibonigo de la interfacaj ecoj inter heterogenaj materialoj.

La ĉefaj aplikoformoj de rara tero en la preparado de kompozitaj materialoj inkluzivas: ① aldonoraraj teraj metalojal kompozitaj materialoj; ② Aldonu en la formo derarateraj oksidojal la kompozita materialo; ③ Polimeroj dopitaj aŭ ligitaj kun rarateraj metaloj en polimeroj estas uzataj kiel matricaj materialoj en kompozitaj materialoj. Inter la supre menciitaj tri formoj de apliko de rarateroj, la unuaj du formoj estas plejparte aldonitaj al metalmatricaj kompozitoj, dum la tria estas ĉefe aplikita al polimermatricaj kompozitoj, kaj la ceramikaj matricaj kompozitoj estas ĉefe aldonitaj en la dua formo.

Rara teroĉefe agas sur metalmatricojn kaj ceramikajn matricajn kompozitojn en la formo de aldonaĵoj, stabiligiloj kaj sinterigaj aldonaĵoj, multe plibonigante ilian rendimenton, reduktante produktokostojn kaj ebligante ĝian industrian aplikon.

La aldono de raraj teraj elementoj kiel aldonaĵoj en kompozitaj materialoj ĉefe ludas rolon en plibonigado de la interfaca agado de kompozitaj materialoj kaj antaŭenigado de la rafinado de metalaj matricaj grajnoj. La mekanismo de ago estas jena.

① Plibonigi la malsekeblecon inter la metala matrico kaj la plifortiga fazo. La elektronegativeco de rarateraj elementoj estas relative malalta (ju pli malgranda estas la elektronegativeco de metaloj, des pli aktiva estas la elektronegativeco de nemetaloj). Ekzemple, La estas 1.1, Ce estas 1.12, kaj Y estas 1.22. La elektronegativeco de la komuna bazmetalo Fe estas 1.83, Ni estas 1.91, kaj Al estas 1.61. Tial, rarateraj elementoj preferas adsorbiĝi sur la grenlimoj de la metala matrico kaj la plifortiga fazo dum la fandado, reduktante ilian interfacan energion, pliigante la adheran laboron de la interfaco, reduktante la malsekigperspektivon, kaj tiel plibonigante la malsekeblecon inter la matrico kaj la plifortiga fazo. Esploroj montris, ke la aldono de La-elemento al la aluminia matrico efike plibonigas la malsekeblecon de AlO₃ kaj aluminia likvaĵo, kaj plibonigas la mikrostrukturon de kompozitaj materialoj.

② Antaŭenigi la rafinadon de metalaj matricaj grajnoj. La solvebleco de rara tero en metalaj kristaloj estas malgranda, ĉar la atomradiuso de raraj teraj elementoj estas granda, kaj la atomradiuso de la metala matrico estas relative malgranda. La eniro de raraj teraj elementoj kun pli granda radiuso en la matrican kradon kaŭzos kradan misprezenton, kiu pliigos la sisteman energion. Por konservi la plej malaltan liberan energion, raraj teraj atomoj povas riĉiĝi nur direkte al neregulaj grenlimoj, kio iagrade malhelpas la liberan kreskon de matricaj grajnoj. Samtempe, la riĉigitaj raraj teraj elementoj ankaŭ adsorbos aliajn alojelementojn, pliigante la koncentriĝan gradienton de la alojelementoj, kaŭzante lokan submalvarmiĝon de komponantoj, kaj plifortigante la heterogenan nuklean efikon de la likva metala matrico. Krome, la submalvarmiĝo kaŭzita de elementa apartigo ankaŭ povas antaŭenigi la formadon de apartigitaj kombinaĵoj kaj fariĝi efikaj heterogenaj nukleaj partikloj, tiel antaŭenigante la rafinadon de la metalaj matricaj grajnoj.

③ Purigi grenlimojn. Pro la forta afineco inter rarateraj elementoj kaj elementoj kiel O, S, P, N, ktp., la norma libera energio de formiĝo por oksidoj, sulfidoj, fosfidoj kaj nitridoj estas malalta. Ĉi tiuj kombinaĵoj havas altan fandopunkton kaj malaltan densecon, el kiuj kelkaj povas esti forigitaj per flosado supren el la alojlikvaĵo, dum aliaj estas egale distribuitaj ene de la greno, reduktante la apartigon de malpuraĵoj ĉe la grenlimo, tiel purigante la grenlimon kaj plibonigante ĝian forton.

Notindas, ke pro la alta aktiveco kaj malalta fandopunkto de rarateraj metaloj, kiam ili estas aldonitaj al metalmatrica kompozito, ilia kontakto kun oksigeno devas esti speciale kontrolata dum la aldonprocezo.

Granda nombro da praktikoj pruvis, ke aldoni raraterajn oksidojn kiel stabiligilojn, sintezajn helpantojn kaj dopajn modifilojn al malsamaj metalaj matricoj kaj ceramikaj matricoj povas multe plibonigi la forton kaj durecon de materialoj, redukti ilian sintezan temperaturon, kaj tiel redukti produktokostojn. La ĉefa mekanismo de ĝia ago estas jena.

① Kiel sinteriga aldonaĵo, ĝi povas antaŭenigi sinteradon kaj redukti porecon en kompozitaj materialoj. La aldono de sinterigaj aldonaĵoj celas generi likvan fazon je altaj temperaturoj, redukti la sinteriga temperaturon de kompozitaj materialoj, inhibicii la alttemperaturan putriĝon de materialoj dum la sinteriga procezo, kaj akiri densajn kompozitajn materialojn per likvafaza sinterigo. Pro la alta stabileco, malforta alttemperatura volatileco, kaj altaj fando- kaj bolpunktoj de rarateraj oksidoj, ili povas formi vitrajn fazojn kun aliaj krudmaterialoj kaj antaŭenigi sinteradon, igante ilin efika aldonaĵo. Samtempe, la rarateraj oksidoj ankaŭ povas formi solidan solvaĵon kun la ceramika matrico, kiu povas generi kristalajn difektojn interne, aktivigi la kradon kaj antaŭenigi sinteradon.

② Plibonigi mikrostrukturon kaj rafini grengrandecon. Pro la fakto, ke la aldonitaj rarateraj oksidoj ĉefe troviĝas ĉe la grenlimoj de la matrico, kaj pro sia granda volumeno, rarateraj oksidoj havas altan migradan reziston en la strukturo, kaj ankaŭ malhelpas la migradon de aliaj jonoj, tiel reduktante la migradan rapidecon de grenlimoj, inhibiciante grenkreskon, kaj malhelpante la nenormalan kreskon de grajnoj dum alttemperatura sintrado. Ili povas akiri malgrandajn kaj unuformajn grajnojn, kio favoras la formadon de densaj strukturoj; Aliflanke, per dopado de rarateraj oksidoj, ili eniras la grenliman vitran fazon, plibonigante la forton de la vitra fazo kaj tiel atingante la celon plibonigi la mekanikajn ecojn de la materialo.

Rarateraj elementoj en polimeraj matricaj kompozitoj ĉefe influas ilin plibonigante la ecojn de la polimera matrico. Rarateraj oksidoj povas pliigi la termikan putriĝtemperaturon de polimeroj, dum rarateraj karboksilatoj povas plibonigi la termikan stabilecon de polivinila klorido. Dopado de polistireno per rarateraj kombinaĵoj povas plibonigi la stabilecon de polistireno kaj signife pliigi ĝian frapreziston kaj fleksreziston.