ما هو تأثير أكاسيد الأتربة النادرة في الطلاء الخزفي؟

يتم إدراج السيراميك والمواد المعدنية ومواد البوليمر باعتبارها المواد الصلبة الثلاثة الرئيسية. يتمتع السيراميك بالعديد من الخصائص الممتازة، مثل مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك، لأن وضع الترابط الذري للسيراميك هو الرابطة الأيونية، أو الرابطة التساهمية أو الرابطة الأيونية التساهمية المختلطة مع طاقة الرابطة العالية. طلاء السيراميك يمكن أن يغير مظهر وبنية وأداء السطح الخارجي للركيزة، ويفضل مركب الطلاء الركيزة لأدائه الجديد. يمكن أن تجمع بشكل عضوي بين الخصائص الأصلية للركيزة وخصائص مقاومة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل العالية ومقاومة التآكل العالية للمواد الخزفية، وتعطي الفرصة الكاملة للمزايا الشاملة لهذين النوعين من المواد، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في مجال الطيران. والطيران والدفاع الوطني والصناعة الكيميائية وغيرها من الصناعات.

تُسمى الأتربة النادرة "كنز" المواد الجديدة، بسبب بنيتها الإلكترونية الفريدة وخصائصها الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام المعادن الأرضية النادرة النقية بشكل مباشر في الأبحاث، ويتم استخدام المركبات الأرضية النادرة في الغالب. المركبات الأكثر شيوعًا هي CeO2، La2O3، Y2O3، LaF3، CeF، CeS والفيروسيليكون الأرضي النادر. يمكن لهذه المركبات الأرضية النادرة تحسين بنية وخصائص المواد الخزفية والطلاءات الخزفية.

تطبيق أكاسيد الأتربة النادرة في المواد الخزفية

إن إضافة العناصر الأرضية النادرة كمثبتات ومساعدات التلبيد إلى السيراميك المختلفة يمكن أن يقلل من درجة حرارة التلبيد، ويحسن قوة ومتانة بعض السيراميك الإنشائي، وبالتالي يقلل من تكلفة الإنتاج. وفي الوقت نفسه، تلعب العناصر الأرضية النادرة أيضًا دورًا مهمًا جدًا في أجهزة استشعار غاز أشباه الموصلات، ووسائط الميكروويف، والسيراميك الكهرضغطي، والسيراميك الوظيفي الآخر. وجد البحث أن إضافة اثنين أو أكثر من أكاسيد الأتربة النادرة إلى سيراميك الألومينا معًا أفضل من إضافة أكسيد أتربة نادر واحد إلى سيراميك الألومينا. بعد اختبار التحسين، Y2O3+CeO2 له أفضل تأثير. عند إضافة 0.2%Y2O3+0.2%CeO2 عند 1490 درجة مئوية، يمكن أن تصل الكثافة النسبية للعينات الملبدة إلى 96.2%، وهو ما يتجاوز كثافة العينات مع أي أكسيد أرضي نادر Y2O3 أو CeO2 وحده.

إن تأثير La2O3+Y2O3، Sm2O3+La2O3 في تعزيز التلبيد أفضل من تأثير إضافة La2O3 فقط، ومن الواضح أن مقاومة التآكل قد تحسنت. ويبين أيضًا أن خلط اثنين من أكاسيد الأتربة النادرة ليس إضافة بسيطة، ولكن هناك تفاعل بينهما، وهو أكثر فائدة للتلبيد وتحسين أداء سيراميك الألومينا، ولكن يبقى المبدأ قيد الدراسة.

بالإضافة إلى ذلك، وجد أن إضافة أكاسيد المعادن الأرضية النادرة المختلطة كمساعدات تلبيد يمكن أن يحسن هجرة المواد، ويعزز تلبيد سيراميك MgO ويحسن الكثافة. ومع ذلك، عندما يكون محتوى أكسيد الفلز المختلط أكثر من 15%، تنخفض الكثافة النسبية وتزداد المسامية المفتوحة.

ثانياً، تأثير أكاسيد الأتربة النادرة على خصائص الطلاءات الخزفية

تظهر الأبحاث الحالية أن العناصر الأرضية النادرة يمكنها تحسين حجم الحبوب وزيادة الكثافة وتحسين البنية المجهرية وتنقية الواجهة. إنه يلعب دورًا فريدًا في تحسين القوة والمتانة والصلابة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل لطلاء السيراميك، مما يحسن أداء طلاء السيراميك إلى حد ما ويوسع نطاق تطبيق طلاء السيراميك.

1

تحسين الخواص الميكانيكية للطلاءات الخزفية بواسطة أكاسيد الأتربة النادرة

يمكن لأكاسيد الأتربة النادرة أن تحسن بشكل كبير من صلابة الطلاءات الخزفية وقوة الانحناء وقوة شدها. أظهرت النتائج التجريبية أنه يمكن تحسين قوة الشد للطلاء بشكل فعال باستخدام Lao_2 كمادة مضافة في مادة Al2O3+3% TiO_2، ويمكن أن تصل قوة رابطة الشد إلى 27.36MPa عندما تكون كمية Lao_2 6.0 %. إضافة CeO2 بكسر كتلة 3.0% و6.0% إلى مادة Cr2O3، تتراوح قوة رابطة الشد للطلاء بين 18~25MPa، وهو أكبر من 12~16MPa الأصلي ومع ذلك، عندما يكون محتوى CeO2 9.0%، فإن قوة الشد تنخفض قوة الرابطة إلى 12 ~ 15MPa.

2

تحسين مقاومة الصدمات الحرارية لطلاء السيراميك بواسطة الأتربة النادرة

يعد اختبار مقاومة الصدمات الحرارية اختبارًا مهمًا ليعكس نوعيًا قوة الترابط بين الطلاء والركيزة ومطابقة معامل التمدد الحراري بين الطلاء والركيزة. إنه يعكس بشكل مباشر قدرة الطلاء على مقاومة التقشير عندما تتغير درجة الحرارة بالتناوب أثناء الاستخدام، ويعكس أيضًا قدرة الطلاء على مقاومة إجهاد الصدمات الميكانيكية وقدرة الترابط مع الركيزة من الجانب. لذلك، فهو أيضًا العامل الرئيسي للحكم على نوعية طلاء السيراميك.

يظهر البحث أن إضافة 3.0% CeO2 يمكن أن يقلل المسامية وحجم المسام في الطلاء، ويقلل تركيز الضغط عند حافة المسام، وبالتالي تحسين مقاومة الصدمات الحرارية لطلاء Cr2O3. ومع ذلك، انخفضت مسامية طلاء السيراميك Al2O3، وزادت قوة الترابط وعمر فشل الصدمة الحرارية للطلاء بشكل واضح بعد إضافة LaO2. عندما تكون كمية إضافة LaO2 6% (جزء الكتلة)، تكون مقاومة الصدمات الحرارية للطلاء هي الأفضل، ويمكن أن يصل عمر فشل الصدمة الحرارية إلى 218 مرة، في حين أن عمر فشل الصدمة الحرارية للطلاء بدون LaO2 يبلغ 163 فقط مرات.

3

تؤثر أكاسيد الأتربة النادرة على مقاومة تآكل الطلاءات

أكاسيد الأتربة النادرة المستخدمة لتحسين مقاومة التآكل للطلاءات الخزفية هي في الغالب CeO2 وLa2O3. هيكلها ذو الطبقات السداسية يمكن أن يظهر وظيفة تشحيم جيدة ويحافظ على خصائص كيميائية مستقرة عند درجة حرارة عالية، مما يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة التآكل ويقلل معامل الاحتكاك.

يوضح البحث أن معامل الاحتكاك للطلاء بكمية مناسبة من CeO2 صغير ومستقر. لقد تم الإبلاغ عن أن إضافة La2O3 إلى طلاء السيرميت المعتمد على النيكل المرشوش بالبلازما يمكن أن يقلل بشكل واضح من تآكل الاحتكاك ومعامل الاحتكاك للطلاء، كما أن معامل الاحتكاك مستقر مع القليل من التقلبات. يُظهر سطح التآكل لطبقة الكسوة التي لا تحتوي على أتربة نادرة التصاقًا خطيرًا وكسرًا هشًا وتشظيًا، ومع ذلك، يُظهر الطلاء الذي يحتوي على أتربة نادرة التصاقًا ضعيفًا على السطح البالي، ولا توجد علامة على تشظي هش على مساحة كبيرة. البنية المجهرية للطلاء المغطى بالأرض النادرة أكثر كثافة وأكثر إحكاما، ويتم تقليل المسام، مما يقلل من متوسط ​​قوة الاحتكاك التي تتحملها الجزيئات المجهرية ويقلل الاحتكاك والتآكل يمكن لتطعيم الأتربة النادرة أيضًا أن يزيد من مسافة المستوى البلوري للسيرميت، فهو يؤدي لتغير قوة التفاعل بين الوجهين البلوريين ويقلل معامل الاحتكاك.

ملخص:

على الرغم من أن أكاسيد الأرض النادرة حققت إنجازات عظيمة في تطبيق المواد والطلاءات الخزفية، والتي يمكن أن تحسن بشكل فعال البنية المجهرية والخواص الميكانيكية للمواد والطلاءات الخزفية، إلا أنه لا يزال هناك العديد من الخصائص غير المعروفة، خاصة في تقليل الاحتكاك والتآكل. أصبحت قوة المواد ومقاومتها للتآكل مع خصائص التشحيم الخاصة بها اتجاهًا مهمًا يستحق المناقشة في مجال علم الاحتكاك.

هاتف: +86-21-20970332بريد إلكتروني:info@shxlchem.com