Applicazione diTerra rarain materiali compositi
Gli elementi delle terre rare hanno una struttura elettronica 4F unica, un grande momento magnetico atomico, un forte accoppiamento di spin e altre caratteristiche. Quando si formano complessi con altri elementi, il loro numero di coordinamento può variare da 6 a 12. I composti delle terre rare hanno una varietà di strutture cristalline. Le speciali proprietà fisiche e chimiche delle terre rare le rendono ampiamente utilizzate nella fusione di metalli in acciaio e non ferrosi di alta qualità, ceramiche speciali in vetro e ad alte prestazioni, materiali a magneti permanenti, materiali di accumulo di idrogeno, materiali luminescenti e laser, materiali nucleari e altri campi. Con il continuo sviluppo di materiali compositi, l'applicazione di terre rare si è anche ampliata nel campo dei materiali compositi, attirando un'attenzione diffusa nel migliorare le proprietà dell'interfaccia tra materiali eterogenei.
Le principali forme di domanda di terre rare nella preparazione di materiali compositi includono: ① Aggiuntametalli delle terre rareai materiali compositi; ② Aggiungi sotto forma diOssidi di terra rarial materiale composito; ③ I polimeri drogati o legati con metalli delle terre rare nei polimeri sono usati come materiali a matrice in materiali compositi. Tra le tre forme di cui sopra dell'applicazione della Terra rara, le prime due forme vengono principalmente aggiunte al composito di matrice metallica, mentre il terzo viene applicato principalmente ai compositi della matrice polimerica e il composito a matrice ceramica viene aggiunta principalmente nella seconda forma.
Terra raraAgisce principalmente su matrice metallica e composito a matrice ceramica sotto forma di additivi, stabilizzatori e additivi sinterizzato, migliorando notevolmente le loro prestazioni, riducendo i costi di produzione e rendendo possibile la sua applicazione industriale.
L'aggiunta di elementi di terre rare come additivi nei materiali compositi svolge principalmente un ruolo nel miglioramento delle prestazioni dell'interfaccia dei materiali compositi e nel promuovere il perfezionamento dei grani della matrice metallica. Il meccanismo d'azione è il seguente.
① Migliorare la bagnabilità tra la matrice metallica e la fase di rinforzo. L'elettronegatività degli elementi delle terre rare è relativamente bassa (più piccola è l'elettronegatività dei metalli, più attiva l'elettronegatività dei non metalli). Ad esempio, LA è 1.1, CE è 1,12 e Y è 1,22. L'elettronegatività del metallo di base comune Fe è 1,83, Ni è 1,91 e AL è 1,61. Pertanto, gli elementi delle terre rare si assorbiranno preferibilmente sui confini del grano della matrice metallica e della fase di rinforzo durante il processo di fusione, riducendo la loro energia di interfaccia, aumentando il lavoro di adesione dell'interfaccia, riducendo l'angolo di bagnatura e migliorando quindi la bagnila tra la matrice e la fase di rinforzo. La ricerca ha dimostrato che l'aggiunta dell'elemento LA alla matrice di alluminio migliora efficacemente la bagnabilità del liquido di ALO e in alluminio e migliora la microstruttura di materiali compositi.
② Promuovere il perfezionamento dei cereali di matrice metallica. La solubilità della terra rara nel cristallo di metallo è piccola, perché il raggio atomico degli elementi delle terre rare è grande e il raggio atomico della matrice metallica è relativamente piccolo. L'ingresso di elementi della terra rara con raggio maggiore nel reticolo della matrice causerà distorsione reticolare, che aumenterà l'energia del sistema. Per mantenere l'energia libera più bassa, gli atomi di terre rare possono solo arricchire i confini del grano irregolare, che in una certa misura ostacolano la libera crescita dei grani a matrice. Allo stesso tempo, gli elementi arricchiti delle terre rare assorbono anche altri elementi in lega, aumentando il gradiente di concentrazione degli elementi in lega, causando sotto -raffreddamento dei componenti locali e migliorando l'effetto eterogeneo di nucleazione della matrice di metallo liquido. Inoltre, il sottobosco causato dalla segregazione elementare può anche promuovere la formazione di composti separati e diventare efficaci particelle di nucleazione eterogenea, promuovendo così il raffinamento dei grani della matrice metallica.
③ Purifica i confini del grano. A causa della forte affinità tra elementi delle terre rare ed elementi come O, S, P, N, ecc., L'energia libera standard di formazione per ossidi, solfuri, fosfuri e nitruri è bassa. Questi composti hanno un punto di fusione elevato e una bassa densità, alcuni dei quali possono essere rimossi fluttuando dal liquido in lega, mentre altri sono distribuiti uniformemente all'interno del grano, riducendo la segregazione delle impurità al limite del grano, purificando così il limite del grano e migliorando la sua forza.
Va notato che, a causa dell'elevata attività e del basso punto di fusione dei metalli delle terre rare, quando vengono aggiunti al composito di matrice metallica, il loro contatto con l'ossigeno deve essere appositamente controllato durante il processo di aggiunta.
Un gran numero di pratiche ha dimostrato che l'aggiunta di ossidi di terre rare come stabilizzatori, aiuti di sinterizzazione e modificatori di doping a diversi matrice di metallo e composito di matrice ceramica possono migliorare notevolmente la forza e la tenacità dei materiali, ridurre la temperatura di sinterizzazione e quindi ridurre i costi di produzione. Il principale meccanismo della sua azione è il seguente.
① Come additivo di sinterizzazione, può promuovere la sinterizzazione e ridurre la porosità nei materiali compositi. L'aggiunta di additivi di sinterizzazione è generare una fase liquida ad alte temperature, ridurre la temperatura di sinterizzazione dei materiali compositi, inibire la decomposizione ad alta temperatura dei materiali durante il processo di sinterizzazione e ottenere materiali compositi densi attraverso la sinterizzazione della fase liquida. A causa dell'elevata stabilità, della debole volatilità ad alta temperatura e dei punti elevati di fusione e bollitura degli ossidi di terra rari, possono formare fasi di vetro con altre materie prime e promuovere la sinterizzazione, rendendole un additivo efficace. Allo stesso tempo, l'ossido di terra raro può anche formare una soluzione solida con la matrice ceramica, che può generare difetti cristallini all'interno, attivare il reticolo e promuovere la sinterizzazione.
② Migliorare la microstruttura e perfezionare le dimensioni del grano. A causa del fatto che gli ossidi di terre rari aggiunti esistono principalmente ai confini del grano della matrice e, a causa del loro grande volume, gli ossidi di terre rare hanno un'elevata resistenza alla migrazione nella struttura e ostacolano anche la migrazione di altri ioni, riducendo così il tasso di migrazione dei confini del grano, inibendo la crescita del grano e ostacolando la crescita abnormata durante il ceratura ad alta temperatura. Possono ottenere cereali piccoli e uniformi, che favoriscono la formazione di strutture dense; D'altra parte, drogando gli ossidi di terra rari, entrano nella fase di vetro del confine del grano, migliorando la resistenza della fase di vetro e raggiungendo così l'obiettivo di migliorare le proprietà meccaniche del materiale.
Gli elementi delle terre rare nei compositi della matrice polimerica li influenzano principalmente migliorando le proprietà della matrice polimerica. Gli ossidi di terre rare possono aumentare la temperatura di decomposizione termica dei polimeri, mentre i carbossilati di terre rare possono migliorare la stabilità termica del cloruro di polivinile. Il polistirene doping con composti della terra rara può migliorare la stabilità del polistirene e aumentare significativamente la sua resistenza all'impatto e la forza di flessione.
Tempo post: aprile-26-2023