מהי ההשפעה של תחמוצות אדמה נדירות בציפויים קרמיים?

קרמיקה, חומרי מתכת וחומרים פולימריים מופיעים כשלושת החומרים המוצקים העיקריים. לקרמיקה תכונות מצוינות רבות, כגון עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בפני שחיקה וכו', מכיוון שאופן החיבור האטומי של קרמיקה הוא קשר יוני, קשר קוולנטי או קשר יון-קוולנטי מעורב עם אנרגיית קשר גבוהה. ציפוי קרמי יכול לשנות את המראה, המבנה והביצועים של המשטח החיצוני של המצע, מרוכב ציפוי-מצע מועדף בשל הביצועים החדשים שלו. זה יכול לשלב באופן אורגני את המאפיינים המקוריים של המצע עם המאפיינים של עמידות בטמפרטורה גבוהה, עמידות בפני שחיקה גבוהה ועמידות בפני קורוזיה גבוהה של חומרים קרמיים, ולתת משחק מלא ליתרונות המקיפים של שני סוגי החומרים, כך שהוא נמצא בשימוש נרחב בתעופה וחלל , תעופה, ביטחון לאומי, תעשייה כימית ותעשיות אחרות.

אדמה נדירה נקראת "בית האוצר" של חומרים חדשים, בגלל המבנה האלקטרוני הייחודי שלה 4f ותכונותיו הפיזיקליות והכימיות. עם זאת, מתכות אדמה נדירות טהורות משמשות לעתים רחוקות ישירות במחקר, ותרכובות אדמה נדירות משמשות בעיקר. התרכובות הנפוצות ביותר הן CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS ו-Ferrosilicon של אדמה נדירה. תרכובות אדמה נדירות אלו יכולות לשפר את המבנה והתכונות של חומרים קרמיים וציפויים קרמיים.

אני יישום של תחמוצות אדמה נדירות בחומרים קרמיים

הוספת יסודות אדמה נדירים כמייצבים ואיידס סינטר לקרמיקה שונים יכולה להפחית את טמפרטורת הסינטר, לשפר את החוזק והקשיחות של חלק מהקרמיקה המבנית, ובכך להפחית את עלות הייצור. יחד עם זאת, יסודות אדמה נדירים ממלאים תפקיד חשוב מאוד בחיישני גז מוליכים למחצה, מדיות מיקרוגל, קרמיקה פיזואלקטרית וקרמיקה פונקציונלית אחרת. המחקר מצא כי הוספת שתי תחמוצות אדמה נדירות או יותר לקרמיקת אלומינה יחד טובה יותר מאשר הוספת תחמוצת אדמה נדירה אחת לקרמיקת אלומינה. לאחר בדיקת אופטימיזציה, ל-Y2O3+CeO2 יש את ההשפעה הטובה ביותר. כאשר מוסיפים 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 ב-1490℃, הצפיפות היחסית של דגימות סינטרות יכולה להגיע ל-96.2%, מה שעולה על צפיפות הדגימות עם תחמוצת אדמה נדירה Y2O3 או CeO2 בלבד.

ההשפעה של La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 בקידום סינטר טובה יותר מזו של הוספת La2O3 בלבד, ועמידות הבלאי משופרת ללא ספק. זה גם מראה שערבוב של שתי תחמוצות אדמה נדירות הוא לא תוספת פשוטה, אבל יש אינטראקציה ביניהן, שמועיל יותר לסינטר ולשיפור הביצועים של קרמיקה אלומינה, אבל העיקרון נותר לחקור.

בנוסף, נמצא כי תוספת של תחמוצות מתכת אדמה נדירות מעורבות כאיידס סינטר יכולה לשפר את נדידת החומרים, לקדם את הסינטר של קרמיקת MgO ולשפר את הצפיפות. עם זאת, כאשר תכולת תחמוצת מתכת מעורבת היא יותר מ-15%, הצפיפות היחסית יורדת והנקבוביות הפתוחה עולה.

שנית, השפעת תחמוצות אדמה נדירות על המאפיינים של ציפויים קרמיים

מחקרים קיימים מראים כי יסודות אדמה נדירים יכולים לעדן את גודל הגרגרים, להגדיל את הצפיפות, לשפר את המיקרו-מבנה ולטהר את הממשק. הוא ממלא תפקיד ייחודי בשיפור החוזק, הקשיחות, הקשיות, העמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה של ציפויים קרמיים, מה שמשפר את הביצועים של ציפויים קרמיים במידה מסוימת ומרחיב את טווח היישום של ציפויים קרמיים.

1

שיפור התכונות המכניות של ציפויים קרמיים על ידי תחמוצות אדמה נדירות

תחמוצות אדמה נדירות יכולות לשפר משמעותית את הקשיות, חוזק הכיפוף וחוזק החיבור במתיחה של ציפויים קרמיים. תוצאות הניסוי מראות שניתן לשפר ביעילות את חוזק המתיחה של הציפוי על ידי שימוש ב-Lao _ 2 כתוסף בחומר Al2O3+3% TiO _ 2, וחוזק קשר המתיחה יכול להגיע ל-27.36MPa כאשר כמות ה-Lao _2 היא 6.0 %. הוספת CeO2 עם חלק מסה של 3.0% ו-6.0% לחומר Cr2O3, חוזק החיבור של הציפוי הוא בין 18~25MPa, שהוא גדול מה-12~16MPa המקורי עם זאת, כאשר התוכן של CeO2 הוא 9.0%, המתיחה חוזק הקשר יורד ל-12~15MPa.

2

שיפור עמידות בפני זעזועים תרמיים של ציפוי קרמי על ידי אדמה נדירה

בדיקת עמידות בפני זעזועים תרמיים היא מבחן חשוב לשקף איכותית את חוזק ההדבקה בין ציפוי למצע ואת התאמת מקדם ההתפשטות התרמית בין ציפוי למצע. זה משקף ישירות את יכולת הציפוי להתנגד לקילוף כאשר הטמפרטורה משתנה לסירוגין במהלך השימוש, וכן משקף את יכולת הציפוי לעמוד בפני עייפות זעזועים מכאניים ויכולת הדבקה עם המצע מהצד. לכן, זה גם גורם המפתח לשפוט את איכות ציפוי קרמי.

המחקר מראה שתוספת של 3.0%CeO2 יכולה להפחית את הנקבוביות ואת גודל הנקבוביות בציפוי, ולהפחית את ריכוז הלחץ בשולי הנקבוביות, ובכך לשפר את עמידות הלם תרמי של ציפוי Cr2O3. עם זאת, הנקבוביות של ציפוי קרמי Al2O3 ירדה, וחוזק ההדבקה וחיי הכשל התרמי של הציפוי גדלו כמובן לאחר הוספת LaO2. כאשר כמות התוספת של LaO2 היא 6% (חלק מסה), ההתנגדות להלם תרמי של הציפוי היא הטובה ביותר, וחיי הכשל התרמי יכולים להגיע פי 218, בעוד שחיי הכשל התרמי של הציפוי ללא LaO2 הם רק 163 פִּי.

3

תחמוצות אדמה נדירות משפיעות על עמידות הבלאי של ציפויים

תחמוצות האדמה הנדירות המשמשות לשיפור עמידות הבלאי של ציפויים קרמיים הן בעיקר CeO2 ו-La2O3. מבנה השכבות המשושה שלהם יכול להראות תפקוד סיכה טוב ולשמור על תכונות כימיות יציבות בטמפרטורה גבוהה, מה שיכול לשפר ביעילות את עמידות הבלאי ולהפחית את מקדם החיכוך.

המחקר מראה שמקדם החיכוך של הציפוי עם כמות נאותה של CeO2 הוא קטן ויציב. דווח כי הוספת La2O3 לציפוי cermet מבוסס ניקל מרוסס בפלזמה יכולה כמובן להפחית את בלאי החיכוך ואת מקדם החיכוך של הציפוי, ומקדם החיכוך יציב עם תנודות מועטות. משטח הבלאי של שכבת החיפוי ללא אדמה נדירה מראה הידבקות רצינית ושבר פריך ושבר, עם זאת, הציפוי המכיל אדמה נדירה מראה הידבקות חלשה על פני השטח השחוק, ואין סימן לשבירת שבירה בשטח גדול. מבנה המיקרו של ציפוי מסומם עפר נדיר הוא צפוף יותר וקומפקטי יותר, והנקבוביות מופחתות, מה שמפחית את כוח החיכוך הממוצע הנגרם על ידי חלקיקים מיקרוסקופיים ומפחית את החיכוך והבלאי. לשינוי כוח האינטראקציה בין שני פני הגביש ומפחית את מקדם החיכוך.

תַקצִיר:

למרות תחמוצות אדמה נדירות השיגו הישגים גדולים ביישום של חומרים וציפויים קרמיים, שיכולים לשפר ביעילות את המיקרו-מבנה והתכונות המכניות של חומרים וציפויים קרמיים, עדיין יש הרבה תכונות לא ידועות, במיוחד בהפחתת החיכוך והבלאי. חוזק ועמידות בפני שחיקה של חומרים משתפים פעולה עם תכונות הסיכה שלהם הפכו לכיוון חשוב הראוי לדיון בתחום הטריבולוגיה.

טל': +86-21-20970332אֶלֶקטרוֹנִי:info@shxlchem.com