יישום אדמה נדירה בחומרים מורכבים

יישום שלכדור הארץ הנדירבחומרים מורכבים
לאלמנטים נדירים של כדור הארץ יש מבנה אלקטרוני 4F ייחודי, רגע מגנטי אטומי גדול, צימוד ספין חזק ומאפיינים אחרים. כאשר יוצרים מתחמים עם אלמנטים אחרים, מספר התיאום שלהם יכול להשתנות בין 6 ל -12. לתרכובות אדמה נדירות יש מגוון מבני גביש. התכונות הפיזיקליות והכימיות המיוחדות של אדמות נדירות הופכות אותם לשימוש נרחב בהתכת פלדה באיכות גבוהה ומתכות לא ברזליות, זכוכית מיוחדת וקרמיקה בעלת ביצועים גבוהים, חומרי מגנט קבועים, חומרי אחסון מימן, חומרי זוהר ולייזר, חומרים גרעיניים ושדות אחרים. עם התפתחות רציפה של חומרים מורכבים, היישום של אדמות נדירות התרחב גם הוא לתחום החומרים המורכבים, ומושך תשומת לב רחבה בשיפור תכונות הממשק בין חומרים הטרוגניים.

צורות היישום העיקריות של כדור הארץ הנדיר בהכנת חומרים מורכבים כוללות: ① הוספתמתכות אדמה נדירותלחומרים מורכבים; ② הוסף בצורה שלתחמוצות אדמה נדירותלחומר המורכב; ③ פולימרים מסוממים או קשורים במתכות אדמה נדירות בפולימרים משמשים כחומרי מטריצה ​​בחומרים מורכבים. בין שלוש הצורות שלעיל של יישום כדור הארץ הנדיר, שתי הצורות הראשונות מתווספות לרוב למטריצות מתכת, ואילו השלישית מיושמת בעיקר על מרוכבים של מטריקס פולימרים, ומורכב המטריקס הקרמי מתווסף בעיקר בצורה השנייה.

כדור הארץ הנדירפועל בעיקר על מטריצת מתכת ומטריצת קרמיקה מורכבת בצורה של תוספים, מייצבים ותוספים סינטרס, משפרת מאוד את ביצועיהם, מצמצמים את עלויות הייצור ואפשר את היישום התעשייתי שלה.

תוספת של אלמנטים אדמה נדירים כתוספים בחומרים מורכבים ממלאת בעיקר תפקיד בשיפור ביצועי הממשק של חומרים מורכבים ובקידום השכלול של גרגרי מטריצת מתכת. מנגנון הפעולה הוא כדלקמן.

① שפר את הרטיבות בין מטריצת המתכת לשלב החיזוק. האלקטרונגטיביות של יסודות אדמה נדירים נמוכה יחסית (ככל שהאלקטרונגטיביות של מתכות קטנים יותר, כך האלקטרונגטיביות של הלא -מתכות פעילה יותר). לדוגמה, LA הוא 1.1, CE הוא 1.12, ו- Y הוא 1.22. האלקטרונגטיביות של מתכת בסיס נפוצה Fe היא 1.83, Ni הוא 1.91, ו- Al הוא 1.61. לפיכך, יסודות כדור הארץ נדירים יספיגו באופן עדיף על גבולות התבואה של מטריצת המתכת ושלב החיזוק במהלך תהליך ההכתים, יפחיתו את אנרגיית הממשק שלהם, יגדילו את עבודת ההדבקה של הממשק, יפחיתו את זווית ההרטבה, ובכך ישפרו את הרטיבות בין המטריצה ​​לשלב החיזוק. מחקרים הראו כי תוספת של אלמנט LA למטריצת האלומיניום משפרת למעשה את הרטיבות של נוזל ALO ואלומיניום, ומשפרת את המיקרו -מבנה של חומרים מורכבים.

② קדם את העידון של גרגרי מטריצת מתכת. המסיסות של כדור הארץ הנדיר בקריסטל מתכת היא קטנה, מכיוון שהרדיוס האטומי של יסודות אדמה נדירים הוא גדול, והרדיוס האטומי של מטריצת המתכת קטן יחסית. כניסתם של אלמנטים אדמה נדירים עם רדיוס גדול יותר לסריג המטריצה ​​תגרום לעיוות סריג, מה שיגביר את אנרגיית המערכת. כדי לשמור על האנרגיה החופשית הנמוכה ביותר, אטומי אדמה נדירים יכולים להעשיר רק לעבר גבולות תבואה לא סדירה, מה שמאפשר במידה מסוימת את הצמיחה החופשית של גרגרי המטריצה. במקביל, אלמנטים אדמה הנדירים המועשרים יספגו גם אלמנטים אחרים של סגסוגת, יגדילו את שיפוע הריכוז של יסודות סגסוגת, יגרמו לרכיב מקומי, וישפרו את השפעת הגרעין ההטרוגני של מטריצת המתכת הנוזלית. בנוסף, התקרבות הנגרמת כתוצאה מהפרדה יסודית יכולה גם לקדם היווצרות של תרכובות מופרדות ולהפוך לחלקיקי גרעין הטרוגניים יעילים, ובכך לקדם את השכלול של גרגרי מטריצת המתכת.

③ טיהור גבולות התבואה. בשל הזיקה החזקה בין יסודות אדמה נדירים לאלמנטים כמו O, S, P, N וכו ', האנרגיה החופשית הסטנדרטית של היווצרות תחמוצות, סולפידים, פוספיידים וניטרידס נמוכה. לתרכובות אלה נקודת התכה גבוהה וצפיפות נמוכה, חלקם ניתן להסיר על ידי צף מנוזל הסגסוגת, בעוד שאחרים מופצים באופן שווה בתוך התבואה, ומפחיתה את הפרדת הזיהומים בגבול התבואה, ובכך מטהרים את גבול התבואה ומשפרת את כוחו.

יש לציין כי בשל הפעילות הגבוהה ונקודת ההיתוך הנמוכה של מתכות אדמה נדירות, כאשר הן מתווספות למטריצת מתכת מורכבת, יש לשלוט באופן מיוחד במגע שלהם עם חמצן במהלך תהליך התוספת.

מספר גדול של פרקטיקות הוכיחו כי הוספת תחמוצות אדמה נדירות כמייצבים, אידיות סינון ושינויי סמים למטריצות מתכת שונות ומטריצות קרמיקה מרוכבות יכולות לשפר מאוד את חוזקם וקשיחותם של חומרים, להפחית את טמפרטורת הסינון שלהם, ובכך להפחית את עלויות הייצור. המנגנון העיקרי של פעולתו הוא כדלקמן.

① כתוסף סינון, הוא יכול לקדם את הסינון ולהפחית את נקבוביות בחומרים מורכבים. תוספת של תוספי סינון היא לייצר שלב נוזלי בטמפרטורות גבוהות, להפחית את טמפרטורת הסינון של חומרים מורכבים, לעכב את הפירוק בטמפרטורה גבוהה של חומרים במהלך תהליך הסינון, ולקבל חומרים מורכבים צפופים באמצעות סינון שלב נוזלי. בשל היציבות הגבוהה, תנודתיות חלשה בטמפרטורה גבוהה, ונקודות התכה ורתיחה גבוהות של תחמוצות אדמה נדירות, הם יכולים ליצור שלבי זכוכית עם חומרי גלם אחרים ולקדם סינון, מה שהופך אותם לתוסף יעיל. במקביל, תחמוצת האדמה הנדירה יכולה גם ליצור תמיסה מוצקה עם המטריצה ​​הקרמית, שיכולה לייצר פגמים גבישיים בפנים, להפעיל את הסריג ולקדם את הסינון.

② שפר את מיקרו -מבנה וציד גודל התבואה. בשל העובדה שתחמוצות האדמה הנדירות הנוספות קיימות בעיקר בגבולות התבואה של המטריצה, ובשל נפחם הגדול, תחמוצות אדמה נדירות הן בעלות עמידות נדידה גבוהה במבנה, וגם מפריעות להגירה של יונים אחרים, ובכך מפחיתים את קצב הנדידה של גבולות התבואה, מעכבה את התבואה, ומעכבים את גדילת הגרירים החריפים של גופני התבואה. הם יכולים להשיג דגנים קטנים ואחידים, התורמים להיווצרות מבנים צפופים; לעומת זאת, על ידי סמים תחמוצות אדמה נדירות, הם נכנסים לשלב זכוכית גבול התבואה, משפר את חוזק שלב הזכוכית ובכך משיגים את המטרה של שיפור התכונות המכניות של החומר.

יסודות אדמה נדירים במרכיבי מטריקס פולימרים משפיעים עליהם בעיקר על ידי שיפור תכונות המטריצה ​​הפולימרית. תחמוצות אדמה נדירות יכולות להגדיל את טמפרטורת הפירוק התרמית של פולימרים, ואילו קרבוקסילטים אדמה נדירים יכולים לשפר את היציבות התרמית של פוליוויניל כלוריד. סמים קלקר עם תרכובות אדמה נדירות יכול לשפר את היציבות של קלקר ולהגדיל משמעותית את חוזק ההשפעה שלו ואת חוזק הכיפוף שלו.