Penerapan tanah jarang dalam bahan gabungan

PenerapanTanah jarangdalam bahan gabungan
Elemen tanah jarang memiliki struktur elektronik 4F yang unik, momen magnetik atom besar, kopling putaran yang kuat dan karakteristik lainnya. Saat membentuk kompleks dengan elemen lain, jumlah koordinasinya dapat bervariasi dari 6 hingga 12. Senyawa tanah jarang memiliki berbagai struktur kristal. Sifat fisik dan kimia khusus dari tanah jarang membuatnya banyak digunakan dalam peleburan baja berkualitas tinggi dan logam non-ferrous, kaca khusus dan keramik berkinerja tinggi, bahan magnet permanen, bahan penyimpanan hidrogen, bahan luminescent dan laser, bahan nuklir, dan bidang lainnya. Dengan pengembangan berkelanjutan bahan komposit, penerapan tanah jarang juga telah diperluas ke bidang bahan komposit, menarik perhatian luas dalam meningkatkan sifat antarmuka antara bahan heterogen.

Bentuk aplikasi utama tanah jarang dalam persiapan bahan komposit meliputi: ① MenambahkanLogam Bumi Jaranguntuk bahan gabungan; ② Tambahkan bentukoksida tanah jarangke bahan gabungan; ③ Polimer yang didoping atau diikat dengan logam tanah jarang dalam polimer digunakan sebagai bahan matriks dalam bahan komposit. Di antara tiga bentuk aplikasi tanah jarang di atas, dua bentuk pertama sebagian besar ditambahkan ke komposit matriks logam, sedangkan yang ketiga terutama diterapkan pada komposit matriks polimer, dan komposit matriks keramik terutama ditambahkan dalam bentuk kedua.

Tanah jarangTerutama bertindak pada matriks logam dan komposit matriks keramik dalam bentuk aditif, penstabil, dan aditif sintering, sangat meningkatkan kinerja mereka, mengurangi biaya produksi, dan memungkinkan aplikasi industrinya.

Penambahan elemen tanah jarang sebagai aditif dalam bahan komposit terutama berperan dalam meningkatkan kinerja antarmuka bahan komposit dan mempromosikan penyempurnaan butir matriks logam. Mekanisme aksi adalah sebagai berikut.

① Meningkatkan keterbasahan antara matriks logam dan fase penguat. Elektronegativitas elemen tanah jarang relatif rendah (semakin kecil elektronegativitas logam, semakin aktif elektronegativitas non -logam). Misalnya, LA adalah 1.1, CE adalah 1.12, dan Y adalah 1.22. Elektronegativitas FE logam dasar umum adalah 1,83, Ni adalah 1,91, dan AL adalah 1,61. Oleh karena itu, unsur -unsur tanah jarang akan lebih suka menyerap pada batas butir matriks logam dan fase penguatan selama proses peleburan, mengurangi energi antarmuka mereka, meningkatkan pekerjaan adhesi antarmuka, mengurangi sudut pembasahan, dan dengan demikian meningkatkan keterbasian antara fase matriks dan tunjangan. Penelitian telah menunjukkan bahwa penambahan elemen LA ke matriks aluminium secara efektif meningkatkan keterbasahan cairan ALO dan aluminium, dan meningkatkan struktur mikro bahan komposit.

② Promosikan penyempurnaan butir matriks logam. Kelarutan tanah jarang dalam kristal logam kecil, karena jari -jari atom elemen tanah jarang besar, dan jari -jari atom matriks logam relatif kecil. Masuknya elemen tanah jarang dengan jari -jari yang lebih besar ke kisi matriks akan menyebabkan distorsi kisi, yang akan meningkatkan energi sistem. Untuk mempertahankan energi bebas terendah, atom tanah jarang hanya dapat memperkaya batas butir yang tidak teratur, yang sampai batas tertentu menghambat pertumbuhan bebas butiran matriks. Pada saat yang sama, elemen tanah jarang yang diperkaya juga akan menyerap unsur -unsur paduan lainnya, meningkatkan gradien konsentrasi elemen paduan, menyebabkan komponen lokal yang kurang terdengar, dan meningkatkan efek nukleasi heterogen dari matriks logam cair. Selain itu, pendinginan yang disebabkan oleh pemisahan unsur juga dapat mempromosikan pembentukan senyawa terpisah dan menjadi partikel nukleasi heterogen yang efektif, sehingga mempromosikan penyempurnaan butiran matriks logam.

③ Bersihkan batas gandum. Karena afinitas yang kuat antara unsur -unsur dan elemen tanah jarang seperti O, S, P, N, dll., Energi bebas standar pembentukan oksida, sulfida, fosfida, dan nitrida rendah. Senyawa -senyawa ini memiliki titik leleh yang tinggi dan kepadatan rendah, beberapa di antaranya dapat dihilangkan dengan mengambang dari cairan paduan, sementara yang lain didistribusikan secara merata di dalam biji -bijian, mengurangi pemisahan kotoran pada batas butir, sehingga memurnikan batas butir dan meningkatkan kekuatannya.

Perlu dicatat bahwa, karena aktivitas tinggi dan titik leleh rendah dari logam tanah jarang, ketika mereka ditambahkan ke komposit matriks logam, kontak mereka dengan oksigen perlu dikontrol secara khusus selama proses penambahan.

Sejumlah besar praktik telah membuktikan bahwa menambahkan oksida tanah jarang sebagai penstabil, alat bantu sintering, dan pengubah doping ke berbagai matriks logam dan komposit matriks keramik dapat sangat meningkatkan kekuatan dan ketangguhan bahan, mengurangi suhu sintering mereka, dan dengan demikian mengurangi biaya produksi. Mekanisme utama aksinya adalah sebagai berikut.

① Sebagai aditif sintering, ia dapat mempromosikan sintering dan mengurangi porositas dalam bahan gabungan. Penambahan aditif sintering adalah untuk menghasilkan fase cair pada suhu tinggi, mengurangi suhu sintering dari bahan komposit, menghambat dekomposisi bahan suhu tinggi selama proses sintering, dan mendapatkan bahan komposit padat melalui sintering fase cair. Karena stabilitas yang tinggi, volatilitas suhu tinggi yang lemah, dan titik leleh dan mendidih oksida tanah jarang, mereka dapat membentuk fase kaca dengan bahan baku lainnya dan mempromosikan sintering, menjadikannya aditif yang efektif. Pada saat yang sama, oksida tanah jarang juga dapat membentuk larutan padat dengan matriks keramik, yang dapat menghasilkan cacat kristal di dalamnya, mengaktifkan kisi dan meningkatkan sintering.

② Meningkatkan struktur mikro dan memperbaiki ukuran butir. Karena fakta bahwa oksida tanah jarang yang ditambahkan terutama ada pada batas butir matriks, dan karena volume besarnya, oksida tanah jarang memiliki resistensi migrasi yang tinggi dalam struktur, dan juga menghambat migrasi ion lain, sehingga mengurangi tingkat migrasi batas biji-bijian, menghambat pertumbuhan butir, dan menghambat pertumbuhan hancur yang menghambat. Mereka dapat memperoleh biji -bijian kecil dan seragam, yang kondusif untuk pembentukan struktur padat; Di sisi lain, dengan mendoping oksida tanah jarang, mereka memasuki fase kaca batas butir, meningkatkan kekuatan fase kaca dan dengan demikian mencapai tujuan meningkatkan sifat mekanik material.

Elemen tanah jarang dalam komposit matriks polimer terutama mempengaruhi mereka dengan meningkatkan sifat -sifat matriks polimer. Oksida tanah jarang dapat meningkatkan suhu dekomposisi termal polimer, sedangkan karboksilat tanah jarang dapat meningkatkan stabilitas termal polivinil klorida. Doping polystyrene dengan senyawa tanah jarang dapat meningkatkan stabilitas polystyrene dan secara signifikan meningkatkan kekuatan dampaknya dan kekuatan lentur.