ning qo'llanilishiNoyob YerKompozit materiallarda
Noyob tuproq elementlari noyob 4f elektron tuzilishga, katta atom magnit momentiga, kuchli aylanish birikmasiga va boshqa xususiyatlarga ega. Boshqa elementlar bilan komplekslar hosil qilganda, ularning koordinatsion soni 6 dan 12 gacha o'zgarishi mumkin. Noyob tuproq birikmalari turli xil kristall tuzilishga ega. Noyob tuproqlarning maxsus fizik-kimyoviy xossalari ularni yuqori sifatli po‘lat va rangli metallar, maxsus shisha va yuqori unumdor keramika, doimiy magnitli materiallar, vodorod saqlash materiallari, lyuminestsent va lazer materiallari, yadroviy materiallarni eritishda keng qo‘llash imkonini beradi. , va boshqa sohalar. Kompozit materiallarning uzluksiz rivojlanishi bilan noyob erlarni qo'llash ham kompozit materiallar sohasiga kengayib, heterojen materiallar orasidagi interfeys xususiyatlarini yaxshilashda keng e'tiborni tortdi.
Kompozit materiallarni tayyorlashda noyob tuproqni qo'llashning asosiy shakllariga quyidagilar kiradi: ① qo'shishnoyob tuproq metallarikompozit materiallarga; ② shaklida qo'shingnoyob tuproq oksidlarikompozit materialga; ③ Polimerlardagi nodir tuproq metallari bilan biriktirilgan yoki biriktirilgan polimerlar kompozit materiallarda matritsa materiallari sifatida ishlatiladi. Noyob tuproqni qo'llashning yuqoridagi uchta shakli orasida birinchi ikkita shakl asosan metall matritsali kompozitsiyaga qo'shiladi, uchinchisi asosan polimer matritsali kompozitlarga qo'llaniladi va seramika matritsa kompozitsiyasi asosan ikkinchi shaklda qo'shiladi.
Noyob yerasosan qo'shimchalar, stabilizatorlar va sinterlash qo'shimchalari ko'rinishidagi metall matritsa va keramik matritsali kompozitsiyaga ta'sir qiladi, ularning ish faoliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi, ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi va uni sanoatda qo'llash imkonini beradi.
Kompozit materiallarga qo'shimchalar sifatida noyob tuproq elementlarining qo'shilishi, asosan, kompozit materiallarning interfeys ish faoliyatini yaxshilashda va metall matritsa donalarini tozalashda muhim rol o'ynaydi. Ta'sir mexanizmi quyidagicha.
① Metall matritsa va mustahkamlash bosqichi o'rtasidagi namlanishni yaxshilang. Noyob tuproq elementlarining elektr manfiyligi nisbatan past (metallarning elektr manfiyligi qanchalik kichik bo'lsa, metall bo'lmaganlarning elektr manfiyligi shunchalik faol bo'ladi). Masalan, La 1,1, Ce 1,12 va Y 1,22. Oddiy asosiy metall Fe ning elektron manfiyligi 1,83, Ni 1,91, Al 1,61 ga teng. Shu sababli, nodir tuproq elementlari eritish jarayonida metall matritsasi va mustahkamlash fazasining don chegaralarida afzallik bilan adsorbsiyalanadi, ularning interfeys energiyasini kamaytiradi, interfeysning yopishish ishini oshiradi, namlanish burchagini kamaytiradi va shu bilan matritsa orasidagi namlanishni yaxshilaydi. va mustahkamlash bosqichi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, alyuminiy matritsaga La element qo'shilishi AlO va alyuminiy suyuqligining namlanishini samarali ravishda yaxshilaydi va kompozit materiallarning mikro tuzilishini yaxshilaydi.
② Metall matritsa donalarini tozalashga yordam bering. Noyob tuproqning metall kristalida eruvchanligi kichik, chunki noyob tuproq elementlarining atom radiusi katta va metall matritsaning atom radiusi nisbatan kichik. Kattaroq radiusli nodir yer elementlarining matritsa panjarasiga kirishi panjara buzilishiga olib keladi, bu esa tizim energiyasini oshiradi. Eng kam erkin energiyani saqlab qolish uchun noyob tuproq atomlari faqat matritsa donalarining erkin o'sishiga ma'lum darajada to'sqinlik qiladigan tartibsiz don chegaralariga qarab boyitishi mumkin. Shu bilan birga, boyitilgan nodir tuproq elementlari boshqa qotishma elementlarni ham adsorbsiyalaydi, qotishma elementlarning kontsentratsiya gradientini oshiradi, mahalliy komponentning sovishini keltirib chiqaradi va suyuq metall matritsasining heterojen yadrolanish ta'sirini kuchaytiradi. Bundan tashqari, elementar segregatsiya natijasida yuzaga keladigan past sovutish, shuningdek, ajratilgan birikmalar hosil bo'lishiga yordam beradi va samarali heterojen yadroli zarrachalarga aylanadi va shu bilan metall matritsa donalarini tozalashga yordam beradi.
③ Don chegaralarini tozalang. Noyob tuproq elementlari va O, S, P, N va boshqalar kabi elementlar o'rtasidagi kuchli yaqinlik tufayli oksidlar, sulfidlar, fosfidlar va nitridlar uchun standart erkin shakllanish energiyasi past bo'ladi. Ushbu birikmalar yuqori erish nuqtasiga va past zichlikka ega, ularning ba'zilari qotishma suyuqligidan yuqoriga suzish orqali olib tashlanishi mumkin, boshqalari esa don ichida teng taqsimlanadi, don chegarasida aralashmalarning ajralishini kamaytiradi, shu bilan don chegarasini tozalaydi va uning kuchini yaxshilash.
Shuni ta'kidlash kerakki, noyob tuproqli metallarning yuqori faolligi va past erish nuqtasi tufayli, ular metall matritsali kompozitga qo'shilganda, qo'shilish jarayonida ularning kislorod bilan aloqasini maxsus nazorat qilish kerak.
Ko'pgina amaliyotlar shuni isbotladiki, nodir tuproq oksidlarini stabilizatorlar, sinterlash vositalari va doping modifikatorlari sifatida turli xil metall matritsa va keramik matritsa kompozitsiyasiga qo'shish materiallarning mustahkamligi va pishiqligini sezilarli darajada yaxshilaydi, ularning sinterlash haroratini pasaytiradi va shu bilan ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi. Uning ta'sir qilishning asosiy mexanizmi quyidagicha.
① Sinterlash qo'shimchasi sifatida u sinterlashni rag'batlantirishi va kompozit materiallarda g'ovaklikni kamaytirishi mumkin. Sinterlash qo'shimchalarining qo'shilishi yuqori haroratlarda suyuq faza hosil qilish, kompozit materiallarning sinterlash haroratini kamaytirish, sinterlash jarayonida materiallarning yuqori haroratli parchalanishini inhibe qilish va suyuq fazali sinterlash orqali zich kompozit materiallarni olishdir. Noyob tuproq oksidlarining yuqori barqarorligi, zaif yuqori haroratli uchuvchanligi va yuqori erish va qaynash nuqtalari tufayli ular boshqa xom ashyo bilan shisha fazalarni hosil qilishi va sinterlashni rag'batlantirishi mumkin, bu ularni samarali qo'shimchaga aylantiradi. Shu bilan birga, noyob tuproq oksidi keramik matritsa bilan qattiq eritma hosil qilishi mumkin, bu esa ichida kristall nuqsonlarni keltirib chiqarishi, panjarani faollashtirishi va sinterlashni rag'batlantirishi mumkin.
② Mikro tuzilmani yaxshilang va don hajmini aniqlang. Qo'shilgan noyob tuproq oksidlari asosan matritsaning don chegaralarida joylashganligi va ularning katta hajmi tufayli noyob tuproq oksidlari strukturada yuqori migratsiyaga chidamliligiga ega va boshqa ionlarning migratsiyasiga to'sqinlik qiladi va shu bilan ionlarning ko'chishini kamaytiradi. don chegaralarining migratsiya tezligi, don o'sishiga to'sqinlik qiladi va yuqori haroratli sinterlash paytida donlarning g'ayritabiiy o'sishiga to'sqinlik qiladi. Ular kichik va bir xil donalarni olishlari mumkin, bu esa zich tuzilmalarning shakllanishiga yordam beradi; Boshqa tomondan, nodir tuproq oksidlarini doping qilish orqali ular don chegarasi shisha fazasiga kirib, shisha fazaning kuchini yaxshilaydi va shu bilan materialning mexanik xususiyatlarini yaxshilash maqsadiga erishadi.
Polimer matritsali kompozitlardagi nodir tuproq elementlari, asosan, polimer matritsasining xususiyatlarini yaxshilash orqali ularga ta'sir qiladi. Noyob tuproq oksidlari polimerlarning termal parchalanish haroratini oshirishi mumkin, nodir tuproq karboksilatlari esa polivinilxloridning termal barqarorligini oshirishi mumkin. Noyob tuproq birikmalari bilan polistirolni doping qilish polistirolning barqarorligini yaxshilashi va uning ta'sir kuchini va egilish kuchini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Yuborilgan vaqt: 26-2023-yil