Прилагане наРядка земяв композитни материали
Редките земни елементи имат уникална 4F електронна структура, голям атомен магнитен момент, силно спиново свързване и други характеристики. Когато образуват комплекси с други елементи, техният координационен брой може да варира от 6 до 12. Редките земни съединения имат различни кристални структури. Специалните физически и химични свойства на редките земи ги правят широко използвани при топенето на висококачествени стоманени и безобразни метали, специални стъклени и високоефективни керамика, постоянни магнитни материали, материали за съхранение на водород, луминесцентни и лазерни материали, ядрени материали и други полета. С непрекъснатото развитие на композитни материали прилагането на редки земи също се разширява до полето на композитни материали, привличайки широко внимание при подобряване на свойствата на интерфейса между хетерогенните материали.
Основните форми на приложение на рядка земя при подготовката на композитни материали включват: ① ДобавянеРедки земни метализа композитни материали; ② Добавете под формата наРедки земни оксидикъм композитния материал; ③ Полимерите, легирани или свързани с редки земни метали в полимери, се използват като матрични материали в композитни материали. Сред горните три форми на прилагане на рядко земно, първите две форми се добавят най -вече към композит на метална матрица, докато третата се прилага главно към композитите на полимерната матрица, а композитът от керамична матрица се добавя главно във втората форма.
Рядка земяОсновно действа върху метална матрица и композит на керамична матрица под формата на добавки, стабилизатори и синтероване на добавки, като значително подобрява тяхната работа, намалявайки производствените разходи и прави възможно индустриалното му приложение.
Добавянето на редки земни елементи като добавки в композитни материали играе главно роля за подобряване на работата на интерфейса на композитни материали и насърчаване на усъвършенстването на зърната на металната матрица. Механизмът на действие е следният.
① Подобрете омокряемостта между металната матрица и фазата на подсилване. Електроотричността на редките земни елементи е сравнително ниска (колкото по -малка е електроотрицателността на металите, толкова по -активна е електроотрицателността на неметалите). Например, LA е 1,1, CE е 1,12, а Y е 1,22. Електроотричността на обикновения основен метал Fe е 1,83, Ni е 1,91, а Al е 1,61. Следователно, редките земни елементи за предпочитане ще се адсорбират върху границите на зърното на металната матрица и фазата на усилване по време на процеса на топене, намалявайки енергията на интерфейса им, увеличавайки сцеплението на интерфейса на интерфейса, намалявайки ъгъла на намокряне и по този начин подобрява намотаемостта между матрицата и фазата на укрепване. Изследванията показват, че добавянето на елемент от LA към алуминиевата матрица ефективно подобрява омокряемостта на Alo и алуминиевата течност и подобрява микроструктурата на композитните материали.
② Насърчаване на усъвършенстването на зърната на металната матрица. Разтворимостта на рядката земя в металния кристал е малка, тъй като атомният радиус на редките земни елементи е голям, а атомният радиус на металната матрица е сравнително малък. Влизането на редки земни елементи с по -голям радиус в матричната решетка ще доведе до изкривяване на решетката, което ще увеличи енергията на системата. За да поддържат най -ниската свободна енергия, редките земни атоми могат да се обогатят само към нередовни граници на зърното, което до известна степен пречи на свободния растеж на матричните зърна. В същото време обогатените рядкоземни елементи също ще адсорбират други сплави елементи, увеличавайки градиента на концентрацията на алуминиеви елементи, причинявайки локален компонент при охлаждане и засилване на хетерогенния ефект на нуклеация на течната метална матрица. В допълнение, придвижването, причинено от елементарна сегрегация, също може да насърчи образуването на сегрегирани съединения и да стане ефективни хетерогенни ядрени частици, като по този начин насърчава усъвършенстването на зърната на металната матрица.
③ Пречистване на границите на зърното. Поради силния афинитет между редките земни елементи и елементи като O, S, P, N и др., Стандартната свободна енергия на образуване на оксиди, сулфиди, фосфиди и нитриди е ниска. Тези съединения имат висока точка на топене и ниска плътност, някои от които могат да бъдат отстранени чрез плаване от течността на сплав, докато други са равномерно разпределени в зърното, като намаляват сегрегацията на примесите в границата на зърното, като по този начин се пречистят границата на зърното и подобряват нейната сила.
Трябва да се отбележи, че поради високата активност и ниската точка на топене на рядкоземни метали, когато те се добавят към композит на метална матрица, контактът им с кислород трябва да бъде специално контролиран по време на процеса на добавяне.
Голяма част от практиките доказаха, че добавянето на редки земни оксиди като стабилизатори, помощни средства за синтероване и допинг модификатори към различни метални матрица и композит на керамична матрица може значително да подобри силата и издръжливостта на материалите, да намали температурата им на синтероване и по този начин да намали производствените разходи. Основният механизъм на неговото действие е следният.
① Като синтерован добавка, той може да насърчи синтероването и да намали порьозността в композитните материали. Добавянето на адитиви за синтероване е да се генерира течна фаза при високи температури, да се намали температурата на синтероване на композитни материали, да инхибира високотемпературното разлагане на материалите по време на процеса на синтероване и да се получи плътни композитни материали чрез синтероване на течна фаза. Поради високата стабилност, слабата волатилност на високотемпературата и високите точки на топене и кипене на редки земни оксиди, те могат да образуват стъклени фази с други суровини и да насърчават синтероването, което ги прави ефективна добавка. В същото време рядкотоземният оксид може също да образува твърд разтвор с керамичната матрица, който може да генерира кристални дефекти вътре, да активира решетката и да насърчава синтероването.
② Подобрете микроструктурата и прецизирайте размера на зърното. Поради факта, че добавените редки земни оксиди съществуват главно на границите на зърното на матрицата и поради големия им обем, редките земни оксиди имат висока миграционна устойчивост в структурата, а също така да възпрепятстват миграцията на други йони, като по този начин намаляват скоростта на миграция на границите на зърното, инхибирайки растежа на зърното и засягайки анормалния растеж на зърна по време на високотемпературното синтероване. Те могат да получат малки и равномерни зърна, което е благоприятно за образуването на плътни структури; От друга страна, чрез допинг редки земни оксиди, те влизат в граничната стъклена фаза на зърното, подобрявайки силата на стъклената фаза и по този начин постигат целта за подобряване на механичните свойства на материала.
Редките земни елементи в полимерните матрични композити се отнасят главно чрез подобряване на свойствата на полимерната матрица. Редките земни оксиди могат да повишат температурата на топлинното разлагане на полимерите, докато редките земни карбоксилати могат да подобрят топлинната стабилност на поливинилхлорида. Допинг полистиролът с редки земни съединения може да подобри стабилността на полистирола и значително да увеличи силата на въздействието и якостта на огъване.
Време за публикация: април-26-2023