Qual a influência dos óxidos de terras raras nos revestimentos cerâmicos?

Cerâmica, materiais metálicos e materiais poliméricos são listados como os três principais materiais sólidos. A cerâmica tem muitas propriedades excelentes, como resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, resistência ao desgaste, etc., porque o modo de ligação atômica da cerâmica é ligação iônica, ligação covalente ou ligação íon-covalente mista com alta energia de ligação. O revestimento cerâmico pode alterar a aparência, a estrutura e o desempenho da superfície externa do substrato. O composto de revestimento-substrato é favorecido por seu novo desempenho. Ele pode combinar organicamente as características originais do substrato com as características de resistência a altas temperaturas, alta resistência ao desgaste e alta resistência à corrosão de materiais cerâmicos, e dar pleno desempenho às vantagens abrangentes dos dois tipos de materiais, por isso é amplamente utilizado na indústria aeroespacial , aviação, defesa nacional, indústria química e outras indústrias.

As terras raras são chamadas de “casa do tesouro” de novos materiais, devido à sua estrutura eletrônica 4f única e às suas propriedades físicas e químicas. No entanto, metais de terras raras puros raramente são usados ​​diretamente em pesquisas, e compostos de terras raras são usados ​​principalmente. Os compostos mais comuns são CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS e ferrossilício de terras raras. Esses compostos de terras raras podem melhorar a estrutura e as propriedades de materiais cerâmicos e revestimentos cerâmicos.

I aplicação de óxidos de terras raras em materiais cerâmicos

Adicionar elementos de terras raras como estabilizadores e auxiliares de sinterização a diferentes cerâmicas pode reduzir a temperatura de sinterização, melhorar a resistência e tenacidade de algumas cerâmicas estruturais e, assim, reduzir o custo de produção. Ao mesmo tempo, os elementos de terras raras também desempenham um papel muito importante em sensores de gás semicondutores, meios de micro-ondas, cerâmicas piezoelétricas e outras cerâmicas funcionais. A pesquisa descobriu que adicionar dois ou mais óxidos de terras raras à cerâmica de alumina é melhor do que adicionar um único óxido de terras raras à cerâmica de alumina. Após o teste de otimização, Y2O3+CeO2 tem o melhor efeito. Quando 0,2% Y2O3 + 0,2% CeO2 é adicionado a 1490 ℃, a densidade relativa das amostras sinterizadas pode atingir 96,2%, o que excede a densidade das amostras com qualquer óxido de terras raras Y2O3 ou CeO2 sozinho.

O efeito de La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 na promoção da sinterização é melhor do que adicionar apenas La2O3, e a resistência ao desgaste é obviamente melhorada. Mostra também que a mistura de dois óxidos de terras raras não é uma simples adição, mas há uma interação entre eles, que é mais benéfica para a sinterização e melhoria de desempenho de cerâmicas de alumina, mas o princípio ainda precisa ser estudado.

Além disso, verifica-se que a adição de óxidos mistos de metais de terras raras como auxiliares de sinterização pode melhorar a migração de materiais, promover a sinterização de cerâmicas de MgO e melhorar a densidade. No entanto, quando o teor de óxido metálico misto é superior a 15%, a densidade relativa diminui e a porosidade aberta aumenta.

Em segundo lugar, a influência dos óxidos de terras raras nas propriedades dos revestimentos cerâmicos

A pesquisa existente mostra que os elementos de terras raras podem refinar o tamanho do grão, aumentar a densidade, melhorar a microestrutura e purificar a interface. Desempenha um papel único na melhoria da resistência, tenacidade, dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão dos revestimentos cerâmicos, o que melhora até certo ponto o desempenho dos revestimentos cerâmicos e amplia a gama de aplicação dos revestimentos cerâmicos.

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Melhoria das propriedades mecânicas de revestimentos cerâmicos por óxidos de terras raras

Os óxidos de terras raras podem melhorar significativamente a dureza, a resistência à flexão e a resistência à tração dos revestimentos cerâmicos. Os resultados experimentais mostram que a resistência à tração do revestimento pode ser efetivamente melhorada usando Lao _ 2 como aditivo no material Al2O3 + 3% TiO _ 2, e a resistência à tração pode atingir 27,36 MPa quando a quantidade de Lao _ 2 é 6,0 %. Adicionando CeO2 com fração de massa de 3,0% e 6,0% ao material Cr2O3, a resistência à tração do revestimento está entre 18 ~ 25 MPa, que é maior que o original 12 ~ 16 MPa. No entanto, quando o conteúdo de CeO2 é de 9,0%, a tração a resistência da ligação diminui para 12 ~ 15 MPa.

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Melhoria da resistência ao choque térmico do revestimento cerâmico por terras raras

O teste de resistência ao choque térmico é um teste importante para refletir qualitativamente a força de ligação entre o revestimento e o substrato e a correspondência do coeficiente de expansão térmica entre o revestimento e o substrato. Ele reflete diretamente a capacidade do revestimento de resistir ao descascamento quando a temperatura muda alternadamente durante o uso e também reflete a capacidade do revestimento de resistir à fadiga por choque mecânico e à capacidade de ligação lateral com o substrato. qualidade do revestimento cerâmico.

A pesquisa mostra que a adição de 3,0%CeO2 pode reduzir a porosidade e o tamanho dos poros no revestimento, além de reduzir a concentração de tensões na borda dos poros, melhorando assim a resistência ao choque térmico do revestimento Cr2O3. No entanto, a porosidade do revestimento cerâmico Al2O3 diminuiu, e a resistência de ligação e a vida útil contra choque térmico do revestimento aumentaram obviamente após a adição de LaO2. Quando a quantidade de adição de LaO2 é de 6% (fração de massa), a resistência ao choque térmico do revestimento é a melhor, e a vida útil da falha por choque térmico pode chegar a 218 vezes, enquanto a vida útil da falha por choque térmico do revestimento sem LaO2 é de apenas 163 vezes.

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Os óxidos de terras raras afetam a resistência ao desgaste dos revestimentos

Os óxidos de terras raras usados ​​para melhorar a resistência ao desgaste dos revestimentos cerâmicos são principalmente CeO2 e La2O3. Sua estrutura hexagonal em camadas pode apresentar boa função de lubrificação e manter propriedades químicas estáveis ​​em altas temperaturas, o que pode efetivamente melhorar a resistência ao desgaste e reduzir o coeficiente de atrito.

A pesquisa mostra que o coeficiente de atrito do revestimento com quantidade adequada de CeO2 é pequeno e estável. Foi relatado que a adição de La2O3 ao revestimento de cermet à base de níquel pulverizado por plasma pode obviamente reduzir o desgaste por fricção e o coeficiente de fricção do revestimento, e o coeficiente de fricção é estável com pouca flutuação. A superfície de desgaste da camada de revestimento sem terras raras mostra adesão grave e fratura frágil e lascamento. No entanto, o revestimento contendo terras raras mostra fraca adesão na superfície desgastada e não há sinal de lascamento frágil em grandes áreas. A microestrutura do revestimento dopado com terras raras é mais densa e compacta, e os poros são reduzidos, o que reduz a força de atrito média suportada por partículas microscópicas e reduz o atrito e o desgaste. A dopagem de terras raras também pode aumentar a distância do plano cristalino dos cermets,Isso leva à mudança da força de interação entre as duas faces do cristal e reduz o coeficiente de atrito.

Resumo:

Embora os óxidos de terras raras tenham obtido grandes avanços na aplicação de materiais e revestimentos cerâmicos, que podem efetivamente melhorar a microestrutura e as propriedades mecânicas dos materiais e revestimentos cerâmicos, ainda existem muitas propriedades desconhecidas, especialmente na redução do atrito e do desgaste. a resistência e a resistência ao desgaste dos materiais cooperam com suas propriedades lubrificantes tornou-se uma direção importante digna de discussão no campo da tribologia.

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