Qual è l'influenza degli ossidi delle terre rare nei rivestimenti ceramici?

Ceramica, materiali metallici e materiali polimerici sono elencati come i tre principali materiali solidi. La ceramica ha molte proprietà eccellenti, come resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, resistenza all'usura, ecc., poiché la modalità di legame atomico della ceramica è il legame ionico, il legame covalente o il legame misto ione-covalente con elevata energia di legame. Il rivestimento ceramico può modificare l'aspetto, la struttura e le prestazioni della superficie esterna del substrato, il composito rivestimento-substrato è preferito per le sue nuove prestazioni. Può combinare organicamente le caratteristiche originali del substrato con le caratteristiche di resistenza alle alte temperature, elevata resistenza all'usura ed elevata resistenza alla corrosione dei materiali ceramici e sfruttare appieno i vantaggi completi dei due tipi di materiali, quindi è ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale , aviazione, difesa nazionale, industria chimica e altre industrie.

La terra rara è chiamata la “casa del tesoro” dei nuovi materiali, a causa della sua struttura elettronica 4f unica e delle sue proprietà fisiche e chimiche. Tuttavia, i metalli puri delle terre rare sono raramente utilizzati direttamente nella ricerca e vengono utilizzati principalmente i composti delle terre rare. I composti più comuni sono CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS e ferrosilicio delle terre rare. Questi composti delle terre rare possono migliorare la struttura e le proprietà dei materiali ceramici e dei rivestimenti ceramici.

I Applicazione degli ossidi delle terre rare nei materiali ceramici

L'aggiunta di elementi di terre rare come stabilizzanti e ausiliari di sinterizzazione a diverse ceramiche può ridurre la temperatura di sinterizzazione, migliorare la resistenza e la tenacità di alcune ceramiche strutturali e quindi ridurre i costi di produzione. Allo stesso tempo, gli elementi delle terre rare svolgono un ruolo molto importante anche nei sensori di gas a semiconduttore, nei mezzi a microonde, nelle ceramiche piezoelettriche e in altre ceramiche funzionali. La ricerca ha scoperto che aggiungere insieme due o più ossidi di terre rare alla ceramica di allumina è meglio che aggiungere un singolo ossido di terre rare alla ceramica di allumina. Dopo il test di ottimizzazione, Y2O3+CeO2 ha l'effetto migliore. Quando si aggiunge 0,2% Y2O3+0,2% CeO2 a 1490 ℃, la densità relativa dei campioni sinterizzati può raggiungere il 96,2%, che supera la densità dei campioni contenenti qualsiasi ossido di terre rare Y2O3 o CeO2 da solo.

L'effetto di La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 nel promuovere la sinterizzazione è migliore di quello ottenuto aggiungendo solo La2O3 e la resistenza all'usura è ovviamente migliorata. Mostra anche che la miscelazione di due ossidi di terre rare non è una semplice aggiunta, ma esiste un'interazione tra loro, che è più vantaggiosa per la sinterizzazione e il miglioramento delle prestazioni delle ceramiche di allumina, ma il principio resta da studiare.

Inoltre, si è scoperto che l'aggiunta di ossidi misti di metalli delle terre rare come ausilio per la sinterizzazione può migliorare la migrazione dei materiali, promuovere la sinterizzazione delle ceramiche MgO e migliorare la densità. Tuttavia, quando il contenuto di ossido metallico misto è superiore al 15%, la densità relativa diminuisce e la porosità aperta aumenta.

In secondo luogo, l’influenza degli ossidi delle terre rare sulle proprietà dei rivestimenti ceramici

La ricerca esistente mostra che gli elementi delle terre rare possono affinare la dimensione dei grani, aumentare la densità, migliorare la microstruttura e purificare l'interfaccia. Svolge un ruolo unico nel migliorare la resistenza, la tenacità, la durezza, la resistenza all'usura e la resistenza alla corrosione dei rivestimenti ceramici, migliorando in una certa misura le prestazioni dei rivestimenti ceramici e ampliando la gamma di applicazioni dei rivestimenti ceramici.

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Miglioramento delle proprietà meccaniche dei rivestimenti ceramici mediante ossidi di terre rare

Gli ossidi delle terre rare possono migliorare significativamente la durezza, la resistenza alla flessione e la resistenza alla trazione dei rivestimenti ceramici. I risultati sperimentali mostrano che la resistenza alla trazione del rivestimento può essere effettivamente migliorata utilizzando Lao _ 2 come additivo nel materiale Al2O3+3% TiO _ 2 e la resistenza al legame a trazione può raggiungere 27,36 MPa quando la quantità di Lao _ 2 è 6,0 %. Aggiungendo CeO2 con una frazione di massa del 3,0% e del 6,0% nel materiale Cr2O3, la forza di adesione alla trazione del rivestimento è compresa tra 18~25MPa, che è maggiore dell'originale 12~16MPa. Tuttavia, quando il contenuto di CeO2 è del 9,0%, la resistenza alla trazione la forza del legame diminuisce a 12~15MPa.

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Miglioramento della resistenza allo shock termico del rivestimento ceramico mediante terre rare

Il test di resistenza allo shock termico è un test importante per riflettere qualitativamente la forza di legame tra rivestimento e substrato e la corrispondenza del coefficiente di dilatazione termica tra rivestimento e substrato. Riflette direttamente la capacità del rivestimento di resistere alla pelatura quando la temperatura cambia alternativamente durante l'uso, e riflette anche la capacità del rivestimento di resistere alla fatica da shock meccanico e la capacità di legame con il substrato dal lato. Pertanto, è anche il fattore chiave per giudicare il qualità del rivestimento ceramico.

La ricerca mostra che l'aggiunta del 3,0% di CeO2 può ridurre la porosità e la dimensione dei pori nel rivestimento e ridurre la concentrazione di stress sui bordi dei pori, migliorando così la resistenza allo shock termico del rivestimento Cr2O3. Tuttavia, la porosità del rivestimento ceramico Al2O3 è diminuita e la forza di adesione e la durata del rivestimento in caso di shock termico sono aumentate ovviamente dopo l'aggiunta di LaO2. Quando la quantità aggiunta di LaO2 è del 6% (frazione di massa), la resistenza allo shock termico del rivestimento è la migliore e la durata del guasto da shock termico può raggiungere 218 volte, mentre la durata del guasto da shock termico del rivestimento senza LaO2 è solo 163 volte.

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Gli ossidi delle terre rare influiscono sulla resistenza all'usura dei rivestimenti

Gli ossidi delle terre rare utilizzati per migliorare la resistenza all'usura dei rivestimenti ceramici sono principalmente CeO2 e La2O3. La loro struttura a strati esagonali può mostrare una buona funzione di lubrificazione e mantenere proprietà chimiche stabili ad alta temperatura, che possono migliorare efficacemente la resistenza all'usura e ridurre il coefficiente di attrito.

La ricerca mostra che il coefficiente di attrito del rivestimento con una quantità adeguata di CeO2 è piccolo e stabile. È stato riferito che l'aggiunta di La2O3 al rivestimento in cermet a base di nichel spruzzato al plasma può ovviamente ridurre l'usura da attrito e il coefficiente di attrito del rivestimento, e il coefficiente di attrito è stabile con poche fluttuazioni. La superficie di usura dello strato di rivestimento senza terre rare mostra un'adesione grave e una frattura fragile e scheggiatura. Tuttavia, il rivestimento contenente terre rare mostra una debole adesione sulla superficie usurata e non vi è alcun segno di scheggiatura fragile su vasta area. La microstruttura del rivestimento drogato con terre rare è più densa e compatta e i pori sono ridotti, il che riduce la forza di attrito media sopportata dalle particelle microscopiche e riduce l'attrito e l'usura. Il drogaggio delle terre rare può anche aumentare la distanza del piano cristallino dei cermet. al cambiamento della forza di interazione tra le due facce del cristallo e riduce il coefficiente di attrito.

Riepilogo:

Sebbene gli ossidi delle terre rare abbiano ottenuto grandi risultati nell'applicazione di materiali e rivestimenti ceramici, che possono effettivamente migliorare la microstruttura e le proprietà meccaniche dei materiali e dei rivestimenti ceramici, ci sono ancora molte proprietà sconosciute, soprattutto nella riduzione dell'attrito e dell'usura. la forza e la resistenza all'usura dei materiali cooperano con le loro proprietà lubrificanti è diventata una direzione importante degna di discussione nel campo della tribologia.

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