Apa pengaruh oksida tanah jarang pada pelapis keramik?

Keramik, material logam, dan material polimer terdaftar sebagai tiga material padat utama. Keramik memiliki banyak sifat yang sangat baik, seperti ketahanan suhu tinggi, ketahanan korosi, ketahanan aus, dll., karena mode ikatan atom keramik adalah ikatan ionik, ikatan kovalen, atau ikatan ion-kovalen campuran dengan energi ikatan yang tinggi. Pelapisan keramik dapat mengubah tampilan, struktur, dan kinerja permukaan luar substrat. Komposit pelapis-substrat disukai karena kinerjanya yang baru. Secara organik dapat menggabungkan karakteristik asli substrat dengan karakteristik ketahanan suhu tinggi, ketahanan aus yang tinggi, dan ketahanan korosi yang tinggi dari material keramik, dan memberikan keuntungan penuh pada kedua jenis material tersebut, sehingga banyak digunakan dalam industri kedirgantaraan, penerbangan, pertahanan nasional, industri kimia, dan industri lainnya.

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

Aplikasi oksida tanah jarang pada material keramik

Penambahan unsur tanah jarang sebagai stabilisator dan bahan pembantu sintering pada keramik yang berbeda dapat mengurangi suhu sintering, meningkatkan kekuatan dan ketangguhan beberapa keramik struktural, dan dengan demikian 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 keramik alumina bersama-sama lebih baik daripada menambahkan satu oksida tanah jarang ke keramik alumina. Setelah uji optimasi, Y2O3+CeO2 memiliki efek terbaik. Ketika 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 ditambahkan pada 1490℃, kerapatan relatif sampel yang disinter dapat mencapai 96,2%, yang melebihi kerapatan 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 ausnya jelas meningkat. Hal ini juga menunjukkan bahwa pencampuran dua oksida tanah jarang bukanlah penambahan sederhana, tetapi ada interaksi di antara keduanya, yang lebih bermanfaat bagi sintering dan peningkatan kinerja keramik alumina, tetapi prinsipnya masih harus dipelajari.

Selain itu, ditemukan bahwa penambahan oksida logam tanah jarang campuran sebagai bahan pembantu sintering dapat meningkatkan migrasi material, mendorong sintering keramik MgO, dan meningkatkan densitas. Namun, ketika kandungan oksida logam campuran lebih dari 15%, densitas 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 butiran, meningkatkan kepadatan, memperbaiki struktur mikro, dan memurnikan antarmuka. Unsur ini memainkan peran unik dalam meningkatkan kekuatan, ketangguhan, kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi pelapis keramik, yang meningkatkan kinerja pelapis keramik hingga batas tertentu dan memperluas jangkauan aplikasi pelapis keramik.

1

Peningkatan sifat mekanik pelapis keramik dengan oksida tanah jarang

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

2

Peningkatan ketahanan guncangan termal lapisan keramik dengan tanah jarang

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

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

3

Oksida tanah jarang mempengaruhi ketahanan aus pelapis

Oksida tanah jarang yang digunakan untuk meningkatkan ketahanan aus pelapis keramik sebagian besar adalah CeO2 dan La2O3. Struktur berlapis heksagonalnya dapat menunjukkan fungsi pelumasan yang baik dan mempertahankan sifat kimia yang stabil 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 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 pelapis tanpa tanah jarang menunjukkan adhesi yang serius dan fraktur getas dan spalling, Namun, lapisan yang mengandung tanah jarang menunjukkan adhesi yang lemah pada permukaan yang aus, dan tidak ada tanda-tanda spalling getas area yang luas. Struktur mikro lapisan yang didoping tanah jarang lebih padat dan lebih kompak, dan pori-pori berkurang, 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 cermet, Ini mengarah pada perubahan gaya interaksi antara dua permukaan kristal dan mengurangi koefisien gesekan.

Ringkasan:

Meskipun oksida tanah jarang telah membuat prestasi besar dalam penerapan bahan dan pelapis keramik, yang secara efektif dapat meningkatkan struktur mikro dan sifat mekanis bahan dan pelapis keramik, masih banyak sifat yang tidak diketahui, terutama dalam mengurangi gesekan dan keausan. Bagaimana membuat kekuatan dan ketahanan aus bahan bekerja sama dengan sifat pelumasnya telah menjadi arah penting yang layak dibahas di bidang tribologi.

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