Какво е влиянието на редкоземните оксиди в керамичните покрития?

Керамиката, металните материали и полимерните материали са изброени като трите основни твърди материала. Керамиката има много отлични свойства, като устойчивост на висока температура, устойчивост на корозия, устойчивост на износване и др., тъй като режимът на атомно свързване на керамиката е йонна връзка, ковалентна връзка или смесена йонно-ковалентна връзка с висока енергия на връзката. Керамичното покритие може да промени външния вид, структурата и производителността на външната повърхност на субстрата. Композитът покритие-субстрат е предпочитан заради новото си представяне. Той може органично да комбинира оригиналните характеристики на субстрата с характеристиките на устойчивост на висока температура, висока устойчивост на износване и висока устойчивост на корозия на керамичните материали и да даде пълна игра на всеобхватните предимства на двата вида материали, така че се използва широко в космическото пространство , авиация, национална отбрана, химическа промишленост и други индустрии.

Редкоземните елементи се наричат ​​„съкровищницата“ на новите материали, поради своята уникална 4f електронна структура и физични и химични свойства. Чистите редкоземни метали обаче рядко се използват директно в изследванията, а предимно се използват редкоземни съединения. Най-често срещаните съединения са CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS и редкоземен феросилиций. Тези редкоземни съединения могат да подобрят структурата и свойствата на керамичните материали и керамичните покрития.

I приложение на редкоземни оксиди в керамични материали

Добавянето на редкоземни елементи като стабилизатори и помощни средства за синтероване към различни керамики може да намали температурата на синтероване, да подобри здравината и издръжливостта на някои структурни керамики и по този начин да намали производствените разходи. В същото време редкоземните елементи също играят много важна роля в полупроводникови газови сензори, микровълнова среда, пиезоелектрична керамика и друга функционална керамика. Изследването установи, че добавянето на два или повече редкоземни оксида към алуминиева керамика заедно е по-добро от добавянето на един редкоземен оксид към алуминиева керамика. След тест за оптимизация Y2O3+CeO2 има най-добър ефект. Когато се добави 0,2%Y2O3+0,2%CeO2 при 1490 ℃, относителната плътност на синтерованите проби може да достигне 96,2%, което надвишава плътността на пробите с всеки редкоземен оксид Y2O3 или CeO2 самостоятелно.

Ефектът на La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 за насърчаване на синтероването е по-добър от този на добавянето само на La2O3 и устойчивостта на износване очевидно е подобрена. Той също така показва, че смесването на два редкоземни оксида не е просто добавяне, но има взаимодействие между тях, което е по-полезно за синтероването и подобряването на производителността на алуминиевата керамика, но принципът остава да бъде проучен.

Освен това е установено, че добавянето на смесени оксиди на редкоземни метали като помощни средства за синтероване може да подобри миграцията на материалите, да насърчи синтероването на MgO керамика и да подобри плътността. Въпреки това, когато съдържанието на смесен метален оксид е повече от 15%, относителната плътност намалява и отворената порьозност се увеличава.

Второ, влиянието на редкоземните оксиди върху свойствата на керамичните покрития

Съществуващите изследвания показват, че редкоземните елементи могат да усъвършенстват размера на зърната, да увеличат плътността, да подобрят микроструктурата и да пречистят интерфейса. Той играе уникална роля в подобряването на здравината, издръжливостта, твърдостта, устойчивостта на износване и устойчивостта на корозия на керамичните покрития, което подобрява до известна степен работата на керамичните покрития и разширява обхвата на приложение на керамичните покрития.

1

Подобряване на механичните свойства на керамични покрития от редкоземни оксиди

Редкоземните оксиди могат значително да подобрят твърдостта, якостта на огъване и якостта на свързване на опън на керамичните покрития. Експерименталните резултати показват, че якостта на опън на покритието може да бъде ефективно подобрена чрез използване на Lao _ 2 като добавка в Al2O3+3% TiO _ 2 материал, а якостта на опън на връзката може да достигне 27,36 MPa, когато количеството на Lao _ 2 е 6,0 %. Добавянето на CeO2 с масова фракция от 3,0% и 6,0% към материала Cr2O3, якостта на свързване на опън на покритието е между 18~25MPa, което е по-голямо от първоначалните 12~16MPa. Въпреки това, когато съдържанието на CeO2 е 9,0%, якостта на опън якостта на свързване намалява до 12~15MPa.

2

Подобряване на устойчивостта на термичен удар на керамичното покритие от редкоземни елементи

Тестът за устойчивост на термичен удар е важен тест за качествено отразяване на якостта на свързване между покритието и субстрата и съответствието на коефициента на топлинно разширение между покритието и субстрата. То директно отразява способността на покритието да устои на отлепване, когато температурата се променя последователно по време на употреба, а също така отразява способността на покритието да устои на умората от механичен удар и способността за свързване със субстрата отстрани. Следователно, това също е ключовият фактор за преценка на качество на керамичното покритие.

Изследването показва, че добавянето на 3,0% CeO2 може да намали порьозността и размера на порите в покритието и да намали концентрацията на напрежение в ръба на порите, като по този начин подобри устойчивостта на термичен шок на покритието Cr2O3. Въпреки това, порьозността на керамичното покритие Al2O3 намаля, а силата на свързване и срокът на повреда при топлинен шок на покритието се увеличиха очевидно след добавяне на LaO2. Когато добавеното количество LaO2 е 6% (масова част), устойчивостта на термичен шок на покритието е най-добрата и животът на повреда при термичен шок може да достигне 218 пъти, докато животът на повреда при термичен шок на покритието без LaO2 е само 163 пъти.

3

Редкоземните оксиди влияят върху устойчивостта на износване на покритията

Редкоземните оксиди, използвани за подобряване на устойчивостта на износване на керамичните покрития, са предимно CeO2 и La2O3. Тяхната шестоъгълна слоеста структура може да покаже добра функция на смазване и да поддържа стабилни химически свойства при висока температура, което може ефективно да подобри устойчивостта на износване и да намали коефициента на триене.

Изследването показва, че коефициентът на триене на покритието с подходящо количество CeO2 е малък и стабилен. Съобщава се, че добавянето на La2O3 към плазмено напръскано керметно покритие на основата на никел може очевидно да намали износването чрез триене и коефициента на триене на покритието, а коефициентът на триене е стабилен с малки колебания. Повърхността на износване на облицовъчен слой без редкоземни елементи показва сериозна адхезия и крехко счупване и разцепване, но покритието, съдържащо редкоземни елементи, показва слаба адхезия върху износената повърхност и няма признаци на крехко разцепване на голяма площ. Микроструктурата на покритието с добавка на редкоземни елементи е по-плътна и по-компактна, а порите са намалени, което намалява средната сила на триене, понасяна от микроскопичните частици, и намалява триенето и износването. до промяна на силата на взаимодействие между двете кристални повърхности и намалява коефициента на триене.

Резюме:

Въпреки че редкоземните оксиди са постигнали големи постижения в прилагането на керамични материали и покрития, които могат ефективно да подобрят микроструктурата и механичните свойства на керамичните материали и покрития, все още има много неизвестни свойства, особено при намаляване на триенето и износването. Как да направите силата и устойчивостта на износване на материалите, които си сътрудничат с техните смазочни свойства, се превърна във важна посока, заслужаваща обсъждане в областта на трибологията.

Тел: +86-21-20970332Имейл:info@shxlchem.com