Application ng bihirang lupa sa mga pinagsama -samang materyales

Aplikasyon ngBihirang lupasa mga pinagsama -samang materyales
Ang mga elemento ng Rare Earth ay may natatanging 4F electronic na istraktura, malaking atomic magnetic moment, malakas na pagkabit ng pag -ikot at iba pang mga katangian. Kapag bumubuo ng mga kumplikadong may iba pang mga elemento, ang kanilang numero ng koordinasyon ay maaaring mag -iba mula 6 hanggang 12. Ang mga bihirang mga compound ng lupa ay may iba't ibang mga istruktura ng kristal. Ang mga espesyal na pisikal at kemikal na mga katangian ng mga bihirang lupa ay ginagawang malawak na ginagamit sa pag-smelting ng de-kalidad na bakal at hindi ferrous metal, espesyal na baso at mataas na pagganap na keramika, permanenteng materyales ng magnet, mga materyales sa imbakan ng hydrogen, luminescent at laser material, nuclear material, at iba pang mga patlang. Sa patuloy na pag -unlad ng mga pinagsama -samang materyales, ang aplikasyon ng mga bihirang lupa ay lumawak din sa larangan ng mga pinagsama -samang materyales, na nakakaakit ng malawak na pansin sa pagpapabuti ng mga katangian ng interface sa pagitan ng mga heterogenous na materyales.

Ang pangunahing mga form ng aplikasyon ng bihirang lupa sa paghahanda ng mga pinagsama -samang materyales ay kinabibilangan ng: ① PagdaragdagRare Earth Metalssa mga pinagsama -samang materyales; ② Idagdag sa anyo ngRare Earth Oxidessa pinagsama -samang materyal; ③ Ang mga polimer na doped o nakagapos ng mga bihirang metal na metal sa mga polimer ay ginagamit bilang mga materyales sa matrix sa mga pinagsama -samang materyales. Kabilang sa itaas na tatlong anyo ng bihirang aplikasyon ng Earth, ang unang dalawang form ay kadalasang idinagdag sa Metal Matrix Composite, habang ang pangatlo ay pangunahing inilalapat sa mga composite ng polymer matrix, at ang ceramic matrix composite ay pangunahing idinagdag sa pangalawang anyo.

Bihirang lupaPangunahin ang kumikilos sa metal matrix at ceramic matrix composite sa anyo ng mga additives, stabilizer, at mga sintering additives, lubos na pinapabuti ang kanilang pagganap, pagbabawas ng mga gastos sa produksyon, at posible ang pang -industriya na aplikasyon.

Ang pagdaragdag ng mga bihirang elemento ng lupa bilang mga additives sa mga pinagsama -samang materyales na pangunahing gumaganap ng isang papel sa pagpapabuti ng pagganap ng interface ng mga pinagsama -samang materyales at isinusulong ang pagpipino ng mga butil ng metal matrix. Ang mekanismo ng pagkilos ay ang mga sumusunod.

① Pagbutihin ang wettability sa pagitan ng metal matrix at ang reinforcing phase. Ang electronegativity ng mga bihirang elemento ng lupa ay medyo mababa (mas maliit ang electronegativity ng mga metal, mas aktibo ang electronegativity ng mga nonmetals). Halimbawa, ang LA ay 1.1, ang CE ay 1.12, at ang Y ay 1.22. Ang electronegativity ng karaniwang base metal Fe ay 1.83, ang Ni ay 1.91, at ang Al ay 1.61. Samakatuwid, ang mga bihirang elemento ng lupa ay mas malamang na mag -adsorb sa mga hangganan ng butil ng metal matrix at phase ng pampalakas sa panahon ng proseso ng smelting, binabawasan ang kanilang enerhiya ng interface, pagtaas ng gawaing pagdirikit ng interface, binabawasan ang anggulo ng basa, at sa gayon ay pagpapabuti ng wettability sa pagitan ng matrix at reinforcement phase. Ipinakita ng pananaliksik na ang pagdaragdag ng elemento ng LA sa aluminyo matrix ay epektibong nagpapabuti sa pagkadismaya ng ALO at aluminyo na likido, at pinapabuti ang microstructure ng mga pinagsama -samang materyales.

② Itaguyod ang pagpipino ng mga butil ng metal matrix. Ang solubility ng bihirang lupa sa metal crystal ay maliit, dahil ang atomic radius ng mga bihirang elemento ng lupa ay malaki, at ang atomic radius ng metal matrix ay medyo maliit. Ang pagpasok ng mga bihirang elemento ng lupa na may mas malaking radius sa lattice ng matrix ay magiging sanhi ng pagbaluktot ng sala -sala, na tataas ang enerhiya ng system. Upang mapanatili ang pinakamababang libreng enerhiya, ang mga bihirang mga atomo ng lupa ay maaari lamang pagyamanin patungo sa hindi regular na mga hangganan ng butil, na sa ilang lawak ay humahadlang sa libreng paglaki ng mga butil ng matrix. Kasabay nito, ang mga enriched bihirang elemento ng lupa ay mag -adsorb din ng iba pang mga elemento ng haluang metal, pinatataas ang gradient ng konsentrasyon ng mga elemento ng haluang metal, na nagiging sanhi ng lokal na sangkap na undercooling, at pagpapahusay ng heterogenous na epekto ng nucleation ng likidong metal matrix. Bilang karagdagan, ang undercooling na sanhi ng elemental na paghihiwalay ay maaari ring magsulong ng pagbuo ng mga hiwalay na mga compound at maging epektibong mga particle ng nucleation ng heterogenous, sa gayon ay isinusulong ang pagpipino ng mga butil ng metal matrix.

③ Linisin ang mga hangganan ng butil. Dahil sa malakas na pagkakaugnay sa pagitan ng mga bihirang elemento at elemento ng lupa tulad ng O, S, P, N, atbp. Ang mga compound na ito ay may mataas na punto ng pagtunaw at mababang density, ang ilan sa mga ito ay maaaring alisin sa pamamagitan ng lumulutang mula sa haluang metal na likido, habang ang iba ay pantay na ipinamamahagi sa loob ng butil, binabawasan ang paghiwalay ng mga impurities sa hangganan ng butil, sa gayon ay linisin ang hangganan ng butil at pagpapabuti ng lakas nito.

Dapat pansinin na, dahil sa mataas na aktibidad at mababang punto ng pagtunaw ng mga bihirang metal na metal, kapag idinagdag ang mga ito sa composite ng metal matrix, ang kanilang pakikipag -ugnay sa oxygen ay kailangang espesyal na kontrolado sa panahon ng proseso ng pagdaragdag.

Ang isang malaking bilang ng mga kasanayan ay napatunayan na ang pagdaragdag ng mga bihirang mga oxides sa lupa bilang mga stabilizer, mga pantulong na pantulong, at mga doping modifier sa iba't ibang mga metal matrix at ceramic matrix composite ay maaaring mapabuti ang lakas at katigasan ng mga materyales, bawasan ang kanilang temperatura sa pagsasala, at sa gayon mabawasan ang mga gastos sa produksyon. Ang pangunahing mekanismo ng pagkilos nito ay ang mga sumusunod.

① Bilang isang additive na may sintering, maaari itong magsulong ng sintering at mabawasan ang porosity sa mga pinagsama -samang materyales. Ang pagdaragdag ng mga sintering additives ay upang makabuo ng isang likidong phase sa mataas na temperatura, bawasan ang temperatura ng sintering ng mga pinagsama-samang materyales, pagbawalan ang mataas na temperatura na agnas ng mga materyales sa panahon ng proseso ng pagsasala, at makakuha ng mga siksik na composite na materyales sa pamamagitan ng likidong phase sintering. Dahil sa mataas na katatagan, mahina ang pagkasumpungin ng mataas na temperatura, at mataas na natutunaw at kumukulo na mga puntos ng mga bihirang mga oxides ng lupa, maaari silang bumuo ng mga salamin na may iba pang mga hilaw na materyales at itaguyod ang sintering, na ginagawa silang isang epektibong additive. Kasabay nito, ang bihirang Earth oxide ay maaari ring bumuo ng solidong solusyon na may ceramic matrix, na maaaring makabuo ng mga depekto sa kristal sa loob, buhayin ang sala -sala at itaguyod ang sintering.

② Pagbutihin ang microstructure at pinuhin ang laki ng butil. Dahil sa ang katunayan na ang idinagdag na bihirang mga oxides sa lupa ay higit sa lahat ay umiiral sa mga hangganan ng butil ng matrix, at dahil sa kanilang malaking dami, ang mga bihirang mga oxides ng lupa ay may mataas na paglaban sa paglipat sa istraktura, at hadlangan din ang paglipat ng iba pang mga ions, sa gayon binabawasan ang rate ng paglipat ng mga hangganan ng butil, pagpigil sa paglaki ng butil, at pag-iwas sa abnormal na paglaki ng mga butil sa panahon ng mataas na temperatura. Maaari silang makakuha ng maliit at pantay na butil, na naaayon sa pagbuo ng mga siksik na istruktura; Sa kabilang banda, sa pamamagitan ng doping bihirang mga oxides ng lupa, pinapasok nila ang yugto ng salamin na hangganan ng butil, pagpapabuti ng lakas ng phase ng salamin at sa gayon nakamit ang layunin ng pagpapabuti ng mga mekanikal na katangian ng materyal.

Ang mga elemento ng Rare Earth sa polymer matrix composite ay pangunahing nakakaapekto sa kanila sa pamamagitan ng pagpapabuti ng mga katangian ng polymer matrix. Ang mga bihirang mga oxides ng lupa ay maaaring dagdagan ang temperatura ng thermal decomposition ng polymers, habang ang mga bihirang carboxylates ng lupa ay maaaring mapabuti ang thermal stability ng polyvinyl chloride. Ang doping polystyrene na may bihirang mga compound ng lupa ay maaaring mapabuti ang katatagan ng polystyrene at makabuluhang dagdagan ang lakas ng epekto at lakas ng baluktot.