Apa pengaruh oksida tanah jarang pada lapisan keramik?

Keramik, bahan logam dan bahan polimer terdaftar sebagai tiga bahan padat utama. Keramik memiliki banyak sifat yang sangat baik, seperti tahan suhu tinggi, tahan korosi, tahan aus, dll., karena modus ikatan atom keramik adalah ikatan ionik, ikatan kovalen, atau ikatan campuran ion-kovalen dengan energi ikatan tinggi. Pelapisan keramik dapat mengubah tampilan, struktur, dan kinerja permukaan luar substrat, Komposit pelapis-substrat disukai karena kinerja barunya. Secara organik dapat menggabungkan karakteristik asli substrat dengan karakteristik ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus yang tinggi, dan ketahanan korosi yang tinggi dari bahan keramik, dan memberikan keunggulan komprehensif dari kedua jenis bahan tersebut, sehingga banyak digunakan di ruang angkasa. , penerbangan, pertahanan negara, industri kimia dan industri lainnya.

Tanah jarang disebut sebagai “rumah harta karun” material baru, karena struktur elektronik 4f yang unik serta sifat fisik dan kimianya. Namun, logam tanah jarang murni jarang digunakan secara langsung dalam penelitian, dan senyawa tanah jarang yang paling banyak digunakan. Senyawa yang paling umum adalah CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS dan ferrosilicon tanah jarang. Senyawa tanah jarang ini dapat memperbaiki struktur dan sifat bahan keramik dan pelapis keramik.

Saya menerapkan oksida tanah jarang pada bahan keramik

Menambahkan unsur tanah jarang sebagai penstabil dan bantuan sintering pada keramik yang berbeda dapat mengurangi suhu sintering, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan beberapa keramik struktural, sehingga mengurangi biaya produksi. Pada saat yang sama, unsur tanah jarang juga memainkan peran yang sangat penting dalam sensor gas semikonduktor, media gelombang mikro, keramik piezoelektrik, dan keramik fungsional lainnya. Penelitian menemukan bahwa, Menambahkan dua atau lebih oksida tanah jarang ke dalam keramik alumina secara bersamaan lebih baik daripada menambahkan satu oksida tanah jarang ke dalam keramik alumina. Setelah uji optimasi, Y2O3+CeO2 memiliki efek terbaik. Ketika 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 ditambahkan pada 1490℃, kepadatan relatif sampel yang disinter dapat mencapai 96,2%, yang melebihi kepadatan sampel dengan oksida tanah jarang Y2O3 atau CeO2 saja.

Efek La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 dalam mendorong sintering lebih baik daripada hanya menambahkan La2O3, dan ketahanan aus jelas meningkat. Hal ini juga menunjukkan bahwa pencampuran dua oksida tanah jarang bukanlah penambahan sederhana, tetapi terdapat interaksi di antara keduanya, yang lebih bermanfaat bagi sintering dan peningkatan kinerja keramik alumina, namun prinsipnya masih harus dipelajari.

Selain itu, ditemukan bahwa penambahan campuran oksida logam tanah jarang sebagai AIDS sintering dapat meningkatkan migrasi material, mendorong sintering keramik MgO, dan meningkatkan kepadatan. Namun, bila kandungan oksida logam campuran lebih dari 15%, kepadatan relatif menurun dan porositas terbuka meningkat.

Kedua, pengaruh oksida tanah jarang terhadap sifat pelapis keramik

Penelitian yang ada menunjukkan bahwa unsur tanah jarang dapat memperhalus ukuran butir, meningkatkan kepadatan, memperbaiki struktur mikro, dan memurnikan antarmuka. Ini memainkan peran unik dalam meningkatkan kekuatan, ketangguhan, kekerasan, ketahanan aus dan ketahanan korosi pada lapisan keramik, yang meningkatkan kinerja lapisan keramik sampai batas tertentu dan memperluas jangkauan penerapan lapisan keramik.

1

Peningkatan sifat mekanik lapisan keramik dengan oksida tanah jarang

Oksida tanah jarang dapat secara signifikan meningkatkan kekerasan, kekuatan lentur dan kekuatan ikatan tarik lapisan keramik. Hasil percobaan menunjukkan bahwa kekuatan tarik lapisan dapat ditingkatkan secara efektif dengan menggunakan Lao _ 2 sebagai aditif pada bahan Al2O3+3% TiO _ 2, dan kekuatan ikatan tarik dapat mencapai 27,36MPa bila jumlah Lao _ 2 adalah 6,0 %. Menambahkan CeO2 dengan fraksi massa 3,0% dan 6,0% ke dalam bahan Cr2O3, Kekuatan ikatan tarik lapisan adalah antara 18~25MPa, lebih besar dari aslinya 12~16MPa Namun, bila kandungan CeO2 adalah 9,0%, tariknya kekuatan ikatan menurun menjadi 12~15MPa.

2

Peningkatan ketahanan guncangan termal lapisan keramik dengan tanah jarang

Uji ketahanan guncangan termal merupakan pengujian penting untuk mencerminkan secara kualitatif kekuatan ikatan antara lapisan dan substrat dan kesesuaian koefisien muai panas antara lapisan dan substrat. Hal ini secara langsung mencerminkan kemampuan lapisan untuk menahan pengelupasan ketika suhu berubah secara bergantian selama penggunaan, dan juga mencerminkan kemampuan lapisan untuk menahan kelelahan akibat guncangan mekanis dan kemampuan mengikat dengan substrat dari samping. Oleh karena itu, ini juga merupakan faktor kunci untuk menilai kualitas lapisan keramik.

Penelitian menunjukkan bahwa penambahan 3,0%CeO2 dapat menurunkan porositas dan ukuran pori pada lapisan, serta menurunkan konsentrasi tegangan pada tepi pori, sehingga meningkatkan ketahanan guncangan termal lapisan Cr2O3. Namun, porositas lapisan keramik Al2O3 menurun, dan kekuatan ikatan serta masa kegagalan kejutan termal lapisan meningkat secara signifikan setelah penambahan LaO2. Ketika jumlah penambahan LaO2 adalah 6% (fraksi massa), ketahanan guncangan termal lapisan adalah yang terbaik, dan umur kegagalan guncangan termal dapat mencapai 218 kali, sedangkan umur kegagalan guncangan termal lapisan tanpa LaO2 hanya 163 kali.

3

Oksida tanah jarang mempengaruhi ketahanan aus lapisan

Oksida tanah jarang yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus lapisan keramik sebagian besar adalah CeO2 dan La2O3. Struktur berlapis heksagonalnya dapat menunjukkan fungsi pelumasan yang baik dan menjaga kestabilan sifat kimia pada suhu tinggi, yang secara efektif dapat meningkatkan ketahanan aus dan mengurangi koefisien gesekan.

Penelitian menunjukkan bahwa koefisien gesekan lapisan dengan jumlah CeO2 yang tepat adalah kecil dan stabil. Telah dilaporkan bahwa menambahkan La2O3 ke lapisan cermet berbasis nikel yang disemprotkan plasma jelas dapat mengurangi keausan gesekan dan koefisien gesekan lapisan, dan koefisien gesekan stabil dengan sedikit fluktuasi. Permukaan keausan lapisan kelongsong tanpa tanah jarang menunjukkan daya rekat yang serius serta retakan dan pengelupasan getas, Namun, lapisan yang mengandung tanah jarang menunjukkan daya rekat yang lemah pada permukaan yang aus, dan tidak ada tanda-tanda pengelupasan getas pada area yang luas. Struktur mikro lapisan yang didoping tanah jarang lebih padat dan lebih kompak, dan pori-porinya mengecil, yang mengurangi gaya gesekan rata-rata yang ditanggung oleh partikel mikroskopis dan mengurangi gesekan dan keausan. Doping tanah jarang juga dapat meningkatkan jarak bidang kristal dari sermet, Ini mengarah terhadap perubahan gaya interaksi antara dua permukaan kristal dan mengurangi koefisien gesekan.

Ringkasan:

Meskipun oksida tanah jarang telah mencapai prestasi besar dalam penerapan bahan dan pelapis keramik, yang secara efektif dapat meningkatkan struktur mikro dan sifat mekanik bahan dan pelapis keramik, masih banyak sifat yang belum diketahui, terutama dalam mengurangi gesekan dan keausan. Cara membuat kekuatan dan ketahanan aus material yang bekerja sama dengan sifat pelumasnya telah menjadi arah penting yang layak untuk didiskusikan dalam bidang tribologi.

Telp: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com