Aplicação deTerra raraem materiais compostos
Os elementos de terras raras têm estrutura eletrônica 4F exclusiva, grande momento magnético atômico, forte acoplamento de spin e outras características. Ao formar complexos com outros elementos, seu número de coordenação pode variar de 6 a 12. Os compostos de terras raras têm uma variedade de estruturas cristalinas. As propriedades físicas e químicas especiais das terras raras os tornam amplamente utilizados na fundição de metais de aço e não ferrosos de alta qualidade, cerâmica de vidro especial e de alto desempenho, materiais de ímã permanente, materiais de armazenamento de hidrogênio, materiais luminescentes e laser, materiais nucleares e outros campos. Com o desenvolvimento contínuo de materiais compósitos, a aplicação de terras raras também se expandiu para o campo de materiais compostos, atraindo atenção generalizada para melhorar as propriedades da interface entre materiais heterogêneos.
As principais formas de aplicação de Terra Rara na preparação de materiais compósitos incluem: ① Adicionandometais de terras raraspara materiais compostos; ② Adicione a forma deóxidos de terras raraspara o material composto; ③ Os polímeros dopados ou ligados a metais de terras raras em polímeros são usadas como materiais matrículas em materiais compósitos. Entre as três formas acima de aplicação de terras raras, as duas primeiras formas são adicionadas principalmente ao composto da matriz de metal, enquanto a terceira é aplicada principalmente aos compósitos da matriz de polímeros, e o composto da matriz cerâmica é adicionado principalmente na segunda forma.
Terra raraAtua principalmente na matriz metálica e no compósito da matriz cerâmica na forma de aditivos, estabilizadores e aditivos sinterizantes, melhorando bastante seu desempenho, reduzindo os custos de produção e possibilitando sua aplicação industrial.
A adição de elementos de terras raras como aditivos em materiais compósitos desempenha principalmente um papel na melhoria do desempenho da interface dos materiais compostos e na promoção do refinamento dos grãos da matriz de metal. O mecanismo de ação é o seguinte.
① Melhore a molhabilidade entre a matriz de metal e a fase de reforço. A eletronegatividade dos elementos da Terra Rara é relativamente baixa (quanto menor a eletronegatividade dos metais, mais ativa a eletronegatividade dos não metais). Por exemplo, LA é 1,1, CE é 1,12 e Y é 1,22. A eletronegatividade do metal base comum Fe é 1,83, Ni é 1,91 e Al é 1,61. Portanto, os elementos de terras raras adsorverão preferencialmente os limites dos grãos da matriz de metal e da fase de reforço durante o processo de fundição, reduzindo sua energia da interface, aumentando o trabalho de adesão da interface, reduzindo o ângulo de umedecimento e, assim, melhorando a mochila entre a matriz e a fase de reforço. A pesquisa mostrou que a adição do elemento LA à matriz de alumínio melhora efetivamente a molhabilidade do ALO e do líquido de alumínio e melhora a microestrutura de materiais compósitos.
② Promova o refinamento de grãos de matriz de metal. A solubilidade da terra rara no cristal de metal é pequena, porque o raio atômico dos elementos de terras raras é grande e o raio atômico da matriz de metal é relativamente pequeno. A entrada de elementos de terras raras com raio maior na treliça da matriz causará distorção da treliça, o que aumentará a energia do sistema. Para manter a menor energia livre, os átomos de terras raras só podem enriquecer os limites irregulares de grãos, o que, em certa medida, dificulta o crescimento livre dos grãos da matriz. Ao mesmo tempo, os elementos enriquecidos de terras raras também adsorverão outros elementos de liga, aumentando o gradiente de concentração dos elementos da liga, causando sub -resfriamento de componentes locais e aumentando o efeito de nucleação heterogênea da matriz de metal líquido. Além disso, o sub -resfriamento causado pela segregação elementar também pode promover a formação de compostos segregados e se tornar partículas de nucleação heterogênea eficazes, promovendo assim o refinamento dos grãos da matriz metal.
③ Purifique os limites dos grãos. Devido à forte afinidade entre elementos e elementos de terras raras, como O, S, P, N, etc., a energia livre padrão de formação para óxidos, sulfetos, fosfídios e nitretos é baixa. Esses compostos têm um alto ponto de fusão e baixa densidade, alguns dos quais podem ser removidos flutuando do líquido da liga, enquanto outros são distribuídos uniformemente dentro do grão, reduzindo a segregação de impurezas no limite de grãos, purificando assim o limite de grãos e melhorando sua força.
Deve -se notar que, devido à alta atividade e ao baixo ponto de fusão dos metais de terras raras, quando são adicionadas ao compósito da matriz metal, seu contato com o oxigênio precisa ser especialmente controlado durante o processo de adição.
Um grande número de práticas provou que a adição de óxidos de terras raras como estabilizadores, auxiliares de sinterização e modificadores de doping a diferentes matrizes metálicos e composto da matriz de cerâmica pode melhorar bastante a resistência e a tenacidade dos materiais, reduzir sua temperatura de sinterização e, assim, reduzir os custos de produção. O principal mecanismo de sua ação é o seguinte.
① Como aditivo de sinterização, ele pode promover a sinterização e reduzir a porosidade em materiais compósitos. A adição de aditivos de sinterização é gerar uma fase líquida em altas temperaturas, reduzir a temperatura de sinterização dos materiais compostos, inibir a decomposição de alta temperatura dos materiais durante o processo de sinterização e obter materiais compósitos densos através da sinterização da fase líquida. Devido à alta estabilidade, fraca volatilidade de alta temperatura e altos pontos de fusão e ebulição de óxidos de terras raras, eles podem formar fases de vidro com outras matérias-primas e promover a sinterização, tornando-os um aditivo eficaz. Ao mesmo tempo, o óxido de terras raras também pode formar uma solução sólida com a matriz de cerâmica, que pode gerar defeitos de cristal dentro, ativar a treliça e promover a sinterização.
② Melhore a microestrutura e refine o tamanho do grão. Devido ao fato de que os óxidos de terras raras adicionadas existem principalmente nos limites dos grãos da matriz e, devido ao seu grande volume, os óxidos de terras raras têm alta resistência à migração na estrutura e também dificultam a migração de outros íons, reduzindo assim a taxa de migração dos limites dos grãos, inibindo o crescimento dos grãos e o rei. Eles podem obter grãos pequenos e uniformes, que são propícios à formação de estruturas densas; Por outro lado, dopando óxidos de terras raras, eles entram na fase de vidro do limite de grãos, melhorando a força da fase de vidro e, assim, atingindo o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas do material.
Os elementos de terras raras nos compósitos da matriz polimérica os afetam principalmente, melhorando as propriedades da matriz polimérica. Os óxidos de terras raras podem aumentar a temperatura de decomposição térmica dos polímeros, enquanto os carboxilatos de terras raras podem melhorar a estabilidade térmica do cloreto de polivinil. O poliestireno doping com compostos de terras raras pode melhorar a estabilidade do poliestireno e aumentar significativamente sua força de impacto e resistência à flexão.
Tempo de postagem: 26-2023 de abril