تطبيق العناصر الأرضية النادرة في السيراميك المتقدم

 عناصر أرضية نادرةهي مصطلح عام لـ 17 عنصرًا معدنيًا ، بما في ذلك 15 عنصرًا لانثانيد وScandiumوyttrium. منذ نهاية القرن الثامن عشر ، تم استخدامها على نطاق واسع في المعادن والسيراميك والزجاج والبتروكيماويات والطباعة والصباغة والزراعة والغابات وغيرها من الصناعات. بدأ تطبيق العناصر الأرضية النادرة في صناعة السيراميك في بلدي في الثلاثينيات. في السبعينيات ، إجمالي كميةأرض نادرةوصلت إلى مواد السيراميك 70 طن/سنة ، وهو ما يمثل حوالي 2 ٪ إلى 3 ٪ من إجمالي الإنتاج المحلي. في الوقت الحاضر ، تستخدم الأرض النادرة بشكل أساسي في السيراميك الهيكلي والسيراميك الوظيفي والزجاج الخزفي وغيرها من المجالات. مع التطوير المستمر وتطبيق مواد أرضية نادرة جديدة ، يتم استخدام الأرض النادرة كمضافات ومثبتات ومساعدات تلبد في مواد سيراميك مختلفة ، مما يحسن إلى حد كبير أدائها ، ويقلل من تكاليف الإنتاج ، ويجعل تطبيقها الصناعي ممكنًا.

تطبيق العناصر الأرضية النادرة في السيراميك الهيكلي

■ التطبيق فيAL2O3السيراميك AL2O3 السيراميك هي السيراميك الهيكلي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع بسبب قوتها العالية ، ومقاومة درجة الحرارة العالية ، وعزل جيد ، ومقاومة التآكل ، ومقاومة التآكل ، والخصائص الكهروميكانيكية الجيدة. إضافة أكاسيد أرضية نادرة مثلY2O3, LA2O3, SM2O3وما إلى ذلك ، يمكن أن تحسن خصائص الترطيب للمواد المركبة AL2O3 ، وتقليل نقطة انصهار مواد السيراميك ؛ تقليل مسامية المادة وزيادة الكثافة. عرقلة هجرة الأيونات الأخرى ، وتقليل معدل هجرة حدود الحبوب ، وتمنع نمو الحبوب ، وتسهيل تكوين الهياكل الكثيفة ؛ تحسين قوة مرحلة الزجاج ، وبالتالي تحقيق الغرض من تحسين الخواص الميكانيكية للسيراميك AL2O3.

■ التطبيق فيSI3N4الخزف Ceramicssi3n4 لها خصائص ميكانيكية ممتازة ، والخصائص الحرارية والاستقرار الكيميائي ، وهي المواد الأكثر واعدة للسيراميك الهيكلي عالية الحرارة. نظرًا لأن SI3N4 عبارة عن مركب رابط تساهمي قوي ، لا يمكن تكثيف SI3N4 النقي عن طريق تلبيد الطور الصلب التقليدي. لذلك ، بالإضافة إلى تلبد التفاعل من النصيحة المباشرة لمسحوق Si ، يجب إضافة كمية معينة من المساعدات الملبدة لصنع مادة كثيفة. في الوقت الحاضر ، فإن أدوات التلبد الأكثر مثالية لإعداد السيراميك SI3N4 هي أكاسيد أرضية نادرة مثلY2O3, ND2O3، وLA2O3. من ناحية ، تتفاعل هذه أكاسيد الأرض النادرة مع Trace SiO2 على سطح مسحوق Si3N4 عند درجة حرارة عالية لتوليد مراحل زجاجية عالية الحرارة التي تحتوي على النيتروجين ، والتي تعزز بشكل فعال تلبد السيراميك Si3N4 ؛ من ناحية أخرى ، فإنها تشكل حدودًا من الحبوب الزجاجية Y-LA-SI مع الانكسار واللزوجة العالية ، ولديها قوة انحراف عالية درجة الحرارة ومقاومة جيدة للأكسدة ، ويسهل على مركبات البلورة التي تحتوي على Y و LA مع نقاط ذوبان عالية في ظل ظروف درجة حرارة عالية ، مما يحسن صلابة تكسر درجة الحرارة العالية.

■ التطبيق فيZRO2الخزف السيراميك ZRO2 لها كثافة عالية ونقطة انصهار عالية وصياغة ، وخاصة قوة الانحناء العالية والصلابة الكسر ، والتي هي الأعلى بين جميع السيراميك. نظرًا لأن التحول البلوري لـ ZRO2 يرافقه تغيير حجم واضح ، فإن نطاق الاستخدام المباشر محدود. مع تعميق العمل البحثي ، وجد أن إضافة أكاسيد الأرض النادرة لها تأثير مثبط وتثبيت أفضل على تغيير الطور في ZRO2. أكاسيد الأرض النادرة بشكل شائع هي أساساY2O3وND2O3و CE2O3. يكون نصف قطرها الأيوني قريبة بشكل أساسي من حلول ZR4+، ويمكن أن تشكل حلولًا صلبة أحادية ورباعية ومكعبة مع ZRO2. هذا النوع من مواد الخزف ZRO2 لديه مؤشرات أداء فنية جيدة. على سبيل المثال،الرئيس التنفيذييمكن أن تشكل منطقة طور من محلول زركونيا رباعي الزركونيا في نطاق واسع مع ZRO2 ، وهو مادة كهربائية صلبة جيدة. y2O3 Zro2 (YSZ) هي مادة موصل أيون الأكسجين ممتازة ، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في خلايا وقود الأكسيد الصلبة (SOFC) ، وأجهزة استشعار الأكسجين ، ومفاعلات غشاء الأكسدة الجزئية الميثان.

■ التطبيق فيكذاالسيراميككربيد السيليكونالسيراميك مقاوم لدرجات حرارة عالية ، والصدمة الحرارية ، والتآكل ، والارتداء ، والتوصيل الحراري الجيد والوزن الخفيف ، وعادة ما تستخدم السيراميك الهيكلي عالي الحرارة. خصائص الترابط التساهمية القويةكذاحدد أنه من الصعب تحقيق تكثيف التلبد في ظل الظروف العادية. عادة ما يكون من الضروري إضافة أدوات تلبد أو استخدام عمليات الضغط الساخنة والضغط المتساقط الساخن. عملية الإنتاج معقدة والتكلفة مرتفعة. أكثر المساعدات تلبيد فعالية لتلبيخ SIC هو AL2O3-Y2O3 ؛ المواد المركبة السيراميك SIC-YAG مع Y3AL5O12 (YAG لفترة قصيرة) حيث أن المساعدات الرئيسية للتلبيد يمكن أن تحقق تلبيد تكثيف في درجة حرارة أقل ، لذلك تعتبر واحدة من أكثر أنظمة سيراميك السيليكون الواعدة.

■ التطبيق فيألنالسيراميكألنهو مركب رابطة تساهمي مع نقطة انصهار عالية ، والتوصيل الحراري العالي ، والثابت العازلة المنخفض ، ومقاومة لتآكل المعادن والسبائك مثل الحديد والألمنيوم. لديها مقاومة عالية درجة الحرارة عالية في أجواء خاصة وهي عبارة عن ركيزة دائرة متكاملة على نطاق واسع ومواد تغليف. نظرًا لأن ALN عبارة عن رابطة تساهمية ، فإن التلبيد صعب للغاية ، ويمكن للمساعدات الملبدة الواحدة أن تقلل فقط من درجة حرارة التلبد إلى حد محدودة ، لذلك عادةً ما تستخدم المساعدات المركبة (أكاسيد المعادن الأرضية النادرة وأكاسيد المعادن الأرضية القلوية) كمساعدات تلبيس لتشكيل مرحلة سائلة لترويج التلبيس. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتفاعل الأدوات الملبدة أيضًا مع شوائب الأكسجين فيألن، تقليل شواغر الألومنيوم الناتجة عن الأكسجين الجزئي الذي يذوب في شعرية ALN ، وتحسين الموصلية الحرارية لـألن.

■ التطبيق في سيراميك سيالون سيالون السيراميك هو نوع من السيراميك الكريستالي الكثيف الكثيف على أساسSI3N4السيراميك. يتم تشكيلها عن طريق استبدال جزئي لذرات Si وذرات N فيSI3N4بواسطة الذرات AL و O ذرات في AL2O3. قوتهم ، صلابة ، ومقاومة الأكسدة أفضل من السيراميك SI3N4 ، وهي مناسبة بشكل خاص لمكونات المحرك الخزفي وغيرها من المنتجات الخزفية المقاومة للارتداء. مواد Sialon ليست سهلة التلاشي. إن إدخال أكاسيد الأرض النادرة يفضي إلى تكوين الطور السائل عند درجة حرارة أقل ، مما يعزز بشكل فعال التلبد. في الوقت نفسه ، يمكن أن تدخل الكاتيونات الأرضية النادرة إلى شعرية مرحلة α-SI3N4 ، وتقلل من محتوى الطور الزجاجي وتشكل مرحلة حدود الحبوب ، مما يحسن درجة حرارة الغرفة وأداء درجة الحرارة العالية للمادة. وقد أظهرت الدراسات أن إضافة 1 ٪Y2O3يمكن أن تشكل مرحلة زجاجية عالية الحرارة عند تلبيس السيراميك السيالي في درجات حرارة عالية ، مما لا يعزز فقط التلبيد ، ولكنه يحسن أيضًا صلابة الكسر. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي إضافة كمية صغيرة من Y2O3 أيضًا إلى تحسين مقاومة الأكسدة.

تطبيق العناصر الأرضية النادرة في السيراميك الوظيفي

أرض نادرةترتبط ارتباطًا وثيقًا بالسيراميك الوظيفي. إضافة معينةعناصر أرضية نادرةإلى المواد الخام للعديد من السيراميك الوظيفي لا يمكن أن تحسن فقط التلبيد والكثافة والقوة ، وما إلى ذلك من السيراميك ، ولكن الأهم من ذلك ، يمكن أن تحسن بشكل كبير من آثارها الوظيفية الفريدة.

1دور في توصيل الخزف الخارق منذ عام 1987 ، عندما اكتشف علماء المواد من الصين واليابان والولايات المتحدة ودول أخرى أن السيراميك أكسيدyttrium barium أكسيد النحاس(YBCO) يتمتعون بالموصلية الفائقة ذات درجة حرارة عالية (TC تصل إلى 92 ألفًا) ، وقد قام الناس بالكثير من العمل في أبحاث الأداء وتطوير السيراميك النادر في درجات الحرارة العالية ، وقد حققوا العديد من التقدم الكبير. أظهرت الدراسات اليابانية أنه بعد استبدال Y في YBCO معالأرض النادرة الخفيفة(LN) مثلNd, Sm, Eu، وGd، تم تحسين قوة المجال المغناطيسي الحرجة للمواد الخزفية الفائقة الناتجة عن التوصيل الخارجي LNBCO بشكل كبير ، كما أن قوة تثبيت التدفق المغناطيسي معززة أيضًا بشكل كبير ، والتي لها قيمة عملية كبيرة في الكهرباء وتخزين الطاقة والنقل. جامعة بكين تستخدمZRO2كركيزة وتسخينها إلى حوالي 200 درجة مئوية ، وتبخرت Y (أو غيرهاأرض نادرة) ، أكاسيد BA و Cu على الركيزة في طبقات لمعالجة الانتشار ، ومعالجتها الحرارة في نطاق درجة الحرارة من 800-900 درجة مئوية. أظهرت السيراميك الفائق الناتج معامل درجة حرارة المقاومة المعدنية جيدة فوق 100 ألف. وأضافت جامعة كاجوشيما في اليابانأرض نادرةLA إلى SR و NB أكاسيد لصنع فيلم سيراميك ، والذي أظهر الموصلية الفائقة عند 255 ألف.

2 تطبيق في السيراميك الكهروضوئية يؤدي إلى تيتانات (PBTIO3) هو سيراميك كهروإجهادي نموذجي مع تأثير اقتران الطاقة الكهربائية الميكانيكية. إنه يحتوي على درجة حرارة عالية الكوري (490 درجة مئوية) ومتسقة عازلة منخفضة ، وهي مناسبة للتطبيق في ظل درجة حرارة عالية وظروف تردد عالية. ومع ذلك ، أثناء عملية التحضير والتبريد ، تكون الشقوق الدقيقة عرضة للانتقال إلى المرحلة المكعبة. من أجل حل هذه المشكلة ، يتم استخدام الأرض النادرة لتعديلها. بعد التلبد عند 1150 درجة مئوية ، يمكن الحصول على السيراميك re-PBTIO3 بكثافة نسبية قدرها 99 ٪. تم تحسين البنية المجهرية بشكل كبير ويمكن استخدامها لتصنيع صفائف محول الطاقة التي تعمل في ظل ظروف التردد العالية البالغة 75 ميجا هرتز. في سيراميكات كهروضوئية من الزركونات (PZT) مع معاملات كهروضوئية عالية ، عن طريق إضافة أكاسيد أرضية نادرة مثلLA2O3, SM2O3، وND2O3، يمكن تحسين خصائص السيراميك PZT بشكل كبير ويمكن الحصول على خصائص كهربائية وكهروضوية مستقرة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحسين أداء السيراميك PZT بإضافة كمية صغيرة من أكسيد الأرض النادرالرئيس التنفيذي. بعد إضافة CEO2 ، تزداد مقاومة حجم السيراميك PZT ، والتي تفضي إلى تحقيق الاستقطاب تحت درجة حرارة عالية وحقل كهربائي مرتفع في هذه العملية ، كما تم تحسين مقاومتها لشيخوخة الوقت ودرجة الحرارة. PZT السيراميك المعدلة بواسطةأرض نادرةتم استخدامها على نطاق واسع في المولدات عالية الجهد ، والمولدات بالموجات فوق الصوتية ، ومحولات الطاقة الصوتية تحت الماء والأجهزة الأخرى.

3التطبيق في السيراميك الموصل yttrium zirconia (YSZ) السيراميك معأكسيد الأرض النادر Y2O3نظرًا لأن المضافة لها استقرار حراري وكيميائي جيد في درجات حرارة عالية ، فهي موصلات أيون الأكسجين الجيدة ، ولها وضع بارز في السيراميك الموصل الأيوني. تم استخدام أجهزة استشعار السيراميك YSZ بنجاح لقياس الضغط الجزئي للأوكسجين في عادم السيارات ، والتحكم في نسبة الهواء/الوقود بشكل فعال ، ولها آثار كبيرة لتوفير الطاقة. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في الغلايات الصناعية وأفران الصهر والمحارق وغيرها من المعدات القائمة على الاحتراق. ومع ذلك ، فإن السيراميك YSZ لا يظهر سوى توصيل أيوني عالي عندما تكون درجة الحرارة أعلى من 900 درجة مئوية ، لذلك لا يزال تطبيقها خاضعًا لقيود معينة. لقد وجدت الأبحاث الحالية أن إضافة كمية مناسبة من Y2O3 أوGD2O3 to BI2O3يمكن للسيراميك ذي الموصلية الأيونية أعلى الاستقرار في المرحلة المكعبة التي تركز على الوجه Bi2O3 إلى درجة حرارة الغرفة. في الوقت نفسه ، أظهرت أنماط حيود الأشعة السينية أيضًا أن (Bi2O3) 0.75 · (Y2O3) 0.25 و (Bi2O3) 0.65 · (GD2O3) 0.35 كلاهما هياكل مكعب مستقرة في الوجه مع توصيل أيون الأكسجين العالي. بعد طلاء جانب هذا السيراميك مع فيلم واقٍ من (ZRO2) 0.92 (Y2O3) 0.08 ، يمكن إعداد خلايا الوقود وأجهزة استشعار الأكسجين ذات الموصلية الأيونية العالية والاستقرار الجيد الذي يمكن أن يعمل في ظل ظروف درجة الحرارة المتوسطة (500 ~ 800 ℃) ، وهو ما يبين لحل الصعوبات الناتجة عن تقنية عالية.

4 يتم استخدام التطبيق في السيراميك العازلة الخزفية بشكل أساسي لصنع المكثفات الخزفية والمكونات العازلة للميكروويف. في السيراميك العازلة مثلTIO2، mgtio3 ،باتيو 3وأضاف السيراميك العازلة المركبةأرض نادرةمثل LA و ND و DY يمكن أن يحسن بشكل كبير خصائص عازلة. على سبيل المثال ، في السيراميك BatiO3 مع ثابت عازلة عازلة ، فإن إضافة مركبات أرضية نادرة و ND ذات القيمة الثابتة العازلة من ε = 30 ~ 60 يمكن أن تبقي مستقرة عازلة على مدى درجة حرارة واسعة ، ويتم تحسين عمر خدمة الجهاز بشكل كبير. في السيراميك العازلة لمكثفات التعويض الحراري ، يمكن أيضًا إضافة الأرض النادرة بشكل مناسب حسب الحاجة لتحسين أو ضبط ثابت العزل الكهربائي ، معامل درجة الحرارة ، وعامل الجودة للسيراميك ، وبالتالي توسيع نطاق التطبيق الخاص به. يتم تعديل السيراميكات التيانيت المكثفة المغنيسيوم المغنيسيوم مع LA2O3 ، والسيراميك MGO · TIO2-LA2O3-TIO2 و CATIO3-MGTIO3-LA2TIO5 لا تحافظ فقط على الخصائص الأصلية لخسارة عازلة منخفضة ودرجة حرارة ، ولكن أيضا تحسينها بشكل كبيرثابت.

5 التطبيق في السيراميك الحساسة السيراميك الحساسة هو نوع مهم من السيراميك الوظيفي. تتميز بكونها حساسة لبعض الحالات الخارجية مثل الجهد ، وتكوين الغاز ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة ، وما إلى ذلك ، يمكنهم مراقبة الدوائر أو عمليات التشغيل أو البيئات من خلال تفاعل أو تغيير معلمات الأداء الكهربائي ذات الصلة. يتم استخدامها على نطاق واسع كعناصر استشعار في دوائر التحكم ، لذلك تسمى أيضا السيراميك المستشعر. هناك علاقة وثيقة بين الأرض النادرة وأداء هذا النوع من السيراميك.
(1) السيراميك الكهربائي الضوئي: بإضافة أكسيد الأرض النادرLA2O3إلى PZT ، يمكن الحصول على السيراميك الكهربائي الضوئي للسيراميك الكهربائي. مادة المصفوفة الأصلية PZT غير شفافة بشكل عام بسبب وجود المسام ، ومراحل حدود الحبوب والتباين ، في حين أن إضافة LA2O3 يجعل موحد البنية المجهرية ، ويزيل إلى حد كبير المسام ، ويضعف في الطور الثاني. لذلك ، لدى PLZT أداءً جيدًا لإرسال الضوء. يستخدم PLZT على نطاق واسع في نظارات واقية لدرع إشعاع الانفجار النووي ، ونوافذ القاذفات الثقيلة ، ومقلات الاتصالات البصرية ، وأجهزة التسجيل الثلاثية الأبعاد ، وما إلى ذلك ، إلخ.
(2) السيراميك المتغير: درست جامعة سنترال ساوث للتكنولوجيا تأثير العناصر الأرضية النادرة على الخواص الكهربائية للسيراميك المتغير ZnO. بعد مخدر سيراميك ZnO المتغير مع أكسيد الأرض النادرLA2O3، زادت قيمة VLMA VLUSTOR VLMA بشكل كبير ؛ عندما زاد كمية تعاطي المنشطات من 0.1 ٪ إلى 10 ٪ ، انخفض المعامل غير الخطي α من السيراميك من 20 إلى 1 ، ولم يكن له خصائص متغير. لذلك ، بالنسبة للسيراميك ZnO ، يمكن أن يزيد المنشطات العناصر الأرضية المنخفضة التركيز على قيمة الجهد ، ولكن لها تأثير ضئيل على المعامل غير الخطي ؛ وتركيز المنشطات عالية التركيز لا تظهر خصائص المتغير.
(3) السيراميك الحساسة للغاز: منذ سبعينيات القرن الماضي ، قام الناس بالكثير من الأبحاث حول دور إضافة أكاسيد الأرض النادرة إلى مواد خزفية حساسة للغاز مثل ZnO ،SNO2وFE2O3، وأنتجت مواد أكسيد ABO3 و A2BO4 الأرضية النادرة. تظهر نتائج الأبحاث أن إضافة أكاسيد الأرض النادرة إلى ZnO يمكن أن يحسن حساسية البروبيلين بشكل كبير ؛ مضيفاالرئيس التنفيذيإلى SNO2 يمكن أن ينتج عنصرًا ملبدًا حساسًا للإيثانول.
(4) السيراميك الثرمستور: Barium Titanate (Batio3) هو السيراميك الثرمستور الأكثر دراسة ويستخدم على نطاق واسع. عندما تتم إضافة عناصر أرضية نادرة مثل LA و CE و CE و DY و Y و E. وما إلى ذلك ، يتم التحكم في BATIO3 (يتم التحكم في الكسر الذري المولي لتكون من 0.2 ٪ إلى 0.3 ٪) ، ويتم استبدال جزء من BA2+ بنصف RE3+ مع دائرة نصف قطرها مماثلة للـ BA2+ ، مما يولد رسومًا إيجابية فائضة وتشكيل إلكترونات ذات حدود ضعيفة من خلال إجراءات TI4+ ، فإن المقاومة المثيرة للمقاومة بشكل متكرر ؛ ومع ذلك ، إذا تجاوزت مبلغ تعاطي المنشطات قيمة معينة ، نظرًا لتشكيل شواغر BA2+ واختفاء الناقلات الموصلة ، ترتفع مقاومة السيراميك بشكل حاد وحتى تصبح عازلًا.
(5) السيراميك الحساسة للرطوبة: من بين الأنواع المختلفة من السيراميك الحساسة للرطوبة ، فإن الأرض النادرة المضافة حاليًا هي اللانثانوم بشكل أساسي وأكاسيدها ، مثل نظام SR1-xlaxsno3 ، ونظام LA2O3-TIO2 ، و LA2O3-TIO2-V2O5 ، SR0.95LA0.05SN3 و PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0.98O3-KH2PO3 ، إلخأرض نادرةإضافة على الخصائص ذات الصلة للسيراميك.

نحن متخصصون في تصدير المنتجات الأرضية النادرة ، لشراء منتجات أرضية نادرة ، مرحبًا بك فياتصالاتنا

Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com 

Whatsapp & Tel: 008613524231522 ؛ 0086 13661632459