Aplicació d’elements de terra rara en ceràmica avançada

 Elements de la Terra Rarasón un terme general per a 17 elements metàl·lics, inclosos 15 elements de lantànids iescandiiyttrium. Des de finals del segle XVIII, s’han utilitzat àmpliament en metal·lúrgia, ceràmica, vidre, petroquímics, impressió i tenyiment, agricultura i silvicultura i altres indústries. L’aplicació d’elements de la Terra Rara a la indústria ceràmica del meu país va començar a la dècada de 1930. A la dècada de 1970, la quantitat total deterres raresUtilitzat en materials ceràmics va arribar als 70 t/any, representant aproximadament del 2% al 3% de la producció domèstica total. Actualment, les terres rares s’utilitzen principalment en ceràmica estructural, ceràmica funcional, vidres ceràmics i altres camps. Amb el desenvolupament continu i l’aplicació de nous materials de terres rares, les terres rares s’utilitzen com a additius, estabilitzadors i ajudes de sinterització en diversos materials ceràmics, cosa que millora molt el seu rendiment, redueix els costos de producció i fa possible la seva aplicació industrial.

Aplicació d’elements de terres rares en ceràmica estructural

■ Sol·licitud aAl2o3La ceràmica Al2O3 La ceràmica és la ceràmica estructural més utilitzada a causa de la seva alta resistència, resistència a la temperatura, bon aïllament, resistència al desgast, resistència a la corrosió i bones propietats electromecàniques. Afegint òxids de terra rara com araY2o3, LA2O3, SM2O3, etc., pot millorar les propietats humides dels materials compostos Al2O3, reduir el punt de fusió dels materials ceràmics; reduir la porositat del material i augmentar la densitat; dificultar la migració d’altres ions, reduir la taxa de migració dels límits del gra, inhibir el creixement del gra i facilitar la formació d’estructures denses; Millora la força de la fase de vidre, aconseguint així el propòsit de millorar les propietats mecàniques de la ceràmica AL2O3.

■ Sol·licitud aSi3n4Ceramicsi3n4 La ceràmica té excel·lents propietats mecàniques, propietats tèrmiques i estabilitat química, i són els materials més prometedors per a ceràmiques estructurals d’alta temperatura. Com que SI3N4 és un compost d’enllaç covalent fort, el SI3N4 pur no es pot densificar mitjançant sinterització convencional de fase sòlida. Per tant, a més de la reacció sinterització de la nitridació directa de la pols de SI, cal afegir una certa quantitat d’ajuda a la sinterització per fer un material dens. Actualment, les ajudes de sinterització més ideals per preparar ceràmica SI3N4 són òxids de terra rares com araY2o3, ND2O3, iLA2O3. D’una banda, aquests òxids de terra rara reaccionen amb Trace SiO2 a la superfície de la pols de Si3N4 a alta temperatura per generar fases de vidre a alta temperatura que contenen nitrogen, que afavoreixen efectivament la sinterització de la ceràmica SI3N4; D'altra banda, formen els límits de gra de vidre Y-La-SI-on amb una alta refractor i viscositat, tenen una resistència a la flexió d'alta temperatura i una bona resistència a l'oxidació i són fàcils de precipitar compostos cristal·lins que contenen Y i LA amb punts de fusió alts en condicions de temperatura alta, cosa que millora la duresa de la fractura de gran temperatura del material.

■ Sol·licitud aZro2La ceràmica ZRO2 La ceràmica té una alta densitat, un punt de fusió elevat i una duresa, especialment la força de flexió elevada i la duresa de la fractura, que són les més altes entre totes les ceràmiques. Com que la transformació de cristall de Zro2 va acompanyada d’un canvi de volum evident, l’abast d’ús directe és limitat. Amb l’aprofundiment del treball de recerca, es troba que l’addició d’òxids de terra rara té un efecte millor inhibidor i estabilitzador sobre el canvi de fase de Zro2. Els òxids rares de terra rares s’utilitzen principalmentY2o3,ND2O3, i CE2O3. El seu radi iònic és bàsicament proper al de Zr4+, i poden formar solucions sòlides monoclíniques, tetragonals i cúbiques amb Zro2. Aquest tipus de material ceràmic ZRO2 té bons indicadors de rendiment tècnic. Per exemple,CEO2Pot formar una regió de fase de solució sòlida de zirconi tetragonal en un ampli rang amb Zro2, que és un bon material electròlit sòlid. Zro2 (YSZ) estabilitzat en Y2O3 és un excel·lent material de conductor d’ions d’oxigen, que s’ha utilitzat àmpliament en piles de combustible d’òxid sòlid (SOFC), sensors d’oxigen i reactors de membrana d’oxidació parcial de metà.

■ Sol·licitud aSicceràmicaCarbur de siliciLes ceràmiques són resistents a temperatures elevades, xoc tèrmic, corrosió, desgast, bona conductivitat tèrmica i pes lleuger i s’utilitzen habitualment ceràmiques estructurals d’alta temperatura. Les fortes característiques d’enllaç covalent deSicDetermineu que és difícil aconseguir una densificació de sinterització en condicions normals. Normalment és necessari afegir ajudes de sinterització o utilitzar processos de sinterització de premsa i calenta i calenta. El procés de producció és complicat i el cost és elevat. L’ajuda de sinterització més eficaç per a la sinterització sense pressió de sic és Al2O3-Y2O3; Els materials compostos de ceràmica de sic-yag amb Y3AL5O12 (YAG per a curt), ja que l’ajuda principal de sinterització pot aconseguir sinterització de densificació a una temperatura més baixa, de manera que es considera que són un dels sistemes de ceràmica de carbur de silici més prometedors.

■ Sol·licitud aAlnceràmicaAlnés un compost d’enllaç covalent amb un punt de fusió elevat, alta conductivitat tèrmica, constant dielèctrica baixa i resistència a la corrosió de metalls i aliatges com el ferro i l’alumini. Té una excel·lent resistència a la temperatura en atmosferes especials i és un substrat i material d’envasament de circuit integrat a gran escala ideal. Com que ALN és un enllaç covalent, la sinterització és molt difícil i una única ajuda de sinterització només pot reduir la temperatura de sinterització en una mesura limitada, de manera que els ajuts compostos (òxids de metall de terra rara i òxids de metall de terra alcalins) solen utilitzar -se com a ajudes de sinterització per formar una fase líquida per promoure la sinterització. A més, les ajudes de sinterització també poden reaccionar amb les impureses d’oxigen aAln, reduir les vacants d'alumini causades per l'oxigen parcial que es dissolen a la gelosia ALN i milloren la conductivitat tèrmica deAln.

■ Aplicació a la ceràmica de sialon, la ceràmica de sialon és una mena de cera de nitrur de nitrur policristal·lina de si-no-alSi3n4Ceràmica. Estan formats per reemplaçament parcial dels àtoms Si i n àtoms aSi3n4per àtoms i àtoms O a Al2O3. La seva força, resistència i resistència a l’oxidació són millors que la ceràmica SI3N4, i són especialment adequades per a components del motor ceràmic i altres productes ceràmics resistents al desgast. Els materials de sialon no són fàcils de sinter. La introducció d’òxids de terra rara és propici per a la formació de fase líquida a una temperatura inferior, que afavoreix efectivament la sinterització. Al mateix temps, els cations de terra rara poden entrar a la gelosia de la fase α-Si3n4, reduir el contingut de la fase de vidre i formar una fase de límit de gra, millorar la temperatura ambient i el rendiment de la temperatura elevada del material. Els estudis han demostrat que afegint un 1%Y2o3Pot formar una fase de vidre d’alta temperatura quan s’inicia la ceràmica de sialon a temperatures elevades, que no només afavoreix la sinterització, sinó que també millora la seva duresa de la fractura. A més, afegir una petita quantitat de Y2O3 també millora molt la seva resistència a l’oxidació.

Aplicació d’elements de terra rara en ceràmica funcional

Terres raresestan estretament relacionats amb la ceràmica funcional. Afegint certsElements de la Terra RaraA les matèries primeres de moltes ceràmiques funcionals no només poden millorar la sinterització, la densitat, la força, etc. de la ceràmica, sinó que el que és més important, pot millorar significativament els seus efectes funcionals únics.

1Paper en la ceràmica superconductora des de 1987, quan els científics materials de la Xina, el Japó, els Estats Units i altres països van descobrir que la ceràmica d'òxidsòxid de coure de barium yttrium(YBCO) té una excel·lent superconductivitat a alta temperatura (TC fins a 92K), la gent ha treballat molt en la investigació i el desenvolupament d'aplicacions de rendiment de ceràmica de superconducció de superconductors de terres rares i ha fet molts avenços importants. Els estudis japonesos han demostrat que després de substituir Y en YBCOLlums rars(Ln) com araNd, Sm, Eu, iGd, La força crítica del camp magnètic del material ceràmic superconductor resultant LNBCO es millora significativament i la força de fixació de flux magnètic també es millora molt, que té un gran valor pràctic en electricitat, emmagatzematge d’energia i transport. Peking University usatZro2com a substrat i el va escalfar a uns 200 ° C i es va evaporar Y (o altresterres rares), Els òxids de ba i la CU al substrat en capes per al tractament de difusió, i la calor les va tractar en un rang de temperatura de 800-900 ° C. La ceràmica superconductora resultant va mostrar un bon coeficient de temperatura de resistència metàl·lica per sobre dels 100K. Universitat Kagoshima al Japó va afegirterra raraEls òxids LA a SR i NB per fer una pel·lícula de ceràmica, que presentava superconductivitat a 255K.

2 Aplicació en el titanat de ceràmica piezoelèctrica (PBTIO3) és una ceràmica piezoelèctrica típica amb efecte d'acoblament energètic energètic mecànic. Té una alta temperatura de Curie (490 ° C) i una constant dielèctrica baixa, i és adequada per a l'aplicació en condicions d'alta temperatura i alta freqüència. No obstant això, durant el seu procés de preparació i refrigeració, les micro esquerdes són propenses a produir-se a causa de la transició de fase cúbica-tetragonal. Per solucionar aquest problema, les terres rares s’utilitzen per modificar -lo. Després de la sinterització a 1150 ° C, es pot obtenir ceràmica RE-PBTIO3 amb una densitat relativa del 99%. La microestructura es millora significativament i es pot utilitzar per fabricar matrius de transductors que treballen en condicions d’alta freqüència de 75MHz. En el titanat de zirconat de plom (PZT) ceràmica piezoelèctrica amb coeficients piezoelèctrics elevats, afegint òxids de terra rara com araLA2O3, SM2O3, iND2O3, Les propietats de sinterització de la ceràmica PZT es poden millorar significativament i es poden obtenir propietats elèctriques i piezoelèctriques estables. A més, es pot millorar el rendiment de la ceràmica PZT afegint una petita quantitat d’òxid de terra raraCEO2. Després d’afegir CEO2, augmenta la resistivitat del volum de la ceràmica PZT, cosa que propicia la realització de la polarització a alta temperatura i el camp elèctric alt en el procés, i també es millora la seva resistència a l’envelliment del temps i l’envelliment de la temperatura. Ceràmica PZT modificada perterres raresS'han utilitzat àmpliament en generadors d'alta tensió, generadors d'ultrasons, transductors acústics submarins i altres dispositius.

3Aplicació en ceràmica conductiva de zirconia estabilitzada en yttrium (YSZ) ceràmica ambL’òxid de terra rara Y2o3Com que els additius tenen una bona estabilitat tèrmica i química a temperatures elevades, són bons conductors d’ions d’oxigen i tenen una posició destacada en la ceràmica conductora d’ions. Els sensors ceràmics de YSZ s’han utilitzat amb èxit per mesurar la pressió parcial d’oxigen en l’escapament de l’automòbil, controlar eficaçment la relació d’aire/combustible i tenir efectes significatius d’estalvi d’energia. S'han utilitzat àmpliament en calderes industrials, fosa forns, incineradores i altres equips basats en la combustió. No obstant això, la ceràmica de YSZ només mostra una alta conductivitat iònica quan la temperatura és superior a 900 ° C, de manera que la seva aplicació encara està sotmesa a determinades restriccions. Les investigacions existents han trobat que afegint una quantitat adequada de Y2O3 oGD2O3 to BI2O3La ceràmica amb una conductivitat iònica més elevada pot estabilitzar la fase cúbica centrada en Bi2O3 a la temperatura ambient. Al mateix temps, els patrons de difracció de raigs X també han demostrat que (Bi2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 i (BI2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 són estructures cúbiques centrades en la cara amb alta conductivitat d’ions d’oxigen. Després de recobrir el costat d'aquesta ceràmica amb una pel·lícula protectora de (Zro2) 0,92 (Y2O3) 0,08, es poden preparar i muntar cèl·lules de combustible i sensors d'oxigen amb alta conductivitat iònica i bona estabilitat que poden funcionar en condicions de temperatura mitjana (500 ~ 800 ℃), que és propici per solucionar les dificultats que es produeixen per una tecnologia d'alta temperatura.

4 L’aplicació en ceràmica dielèctrica ceràmica s’utilitza principalment per fer condensadors ceràmics i components dielèctrics de microones. En ceràmica dielèctrica com araTiO2, Mgtio3,Batio3i la seva ceràmica dielèctrica composta, afegintterres raresCom ara LA, ND i DY poden millorar significativament les seves propietats dielèctriques. Per exemple, en la ceràmica de Batio3 amb una constant dielèctrica alta, afegint compostos de terra rara de LA i Nd amb un valor constant dielèctric de ε = 30 ~ 60 pot mantenir la seva constant dielèctrica estable en un ampli rang de temperatures i la vida útil del dispositiu es millora significativament. En la ceràmica dielèctrica per als condensadors de compensació tèrmica, les terres rares també es poden afegir adequadament segons sigui necessari per millorar o ajustar la constant dielèctrica, el coeficient de temperatura i el factor de qualitat de la ceràmica, ampliant així el seu rang d’aplicació. Les ceràmiques de titanat de magnesi de condensador tèrmicament estables es modifiquen amb LA2O3 i la ceràmica MGO · TiO2-LA2O3-TIO2 obtinguda i la ceràmica CATIO3-MGTIO3-LA2TIO5 no només mantenen les característiques originals de baixa pèrdua dielèctrica i coeficient de temperatura, sinó que també milloren significativament el seu dielèctricconstant.

5 L’aplicació en ceràmica sensible ceràmica és un tipus important de ceràmica funcional. Es caracteritzen per ser sensibles a determinades condicions externes com la tensió, la composició de gas, la temperatura, la humitat, etc. Per tant, poden controlar circuits, processos de funcionament o ambients mitjançant la reacció o el canvi dels seus paràmetres de rendiment elèctric relacionats. S’utilitzen àmpliament com a elements de detecció als circuits de control, de manera que també s’anomenen ceràmica del sensor. Hi ha una estreta relació entre les terres rares i el rendiment d’aquest tipus de ceràmica.
(1) Ceràmica electro-òptica: afegint òxid de terra raraLA2O3A PZT, es pot obtenir ceràmica electro-òptica de Lanthanum Zirhanum Zirhanum Transparent (PLZT). El material de matriu original PZT és generalment opac a causa de la presència de porus, les fases del límit del gra i l’anisotropia, mentre que l’addició de LA2O3 fa que la seva microestructura uniforme, elimina en gran mesura els porus, debilita la seva anisotropia i redueix significativament la dispersió de la llum causada per múltiples reposicions als límits de gra i la llum de la llum causada per la segona fase. Per tant, PLZT té un bon rendiment de transmissió de llum. PLZT s’utilitza àmpliament en les ulleres per blindar la radiació d’explosió nuclear, les finestres de bombarders pesats, moduladors de comunicació òptica, dispositius de gravació hologràfica, etc.
(2) Ceràmica Varistor: la Central South University of Technology va estudiar l'efecte dels elements de la Terra Rara sobre les propietats elèctriques de la ceràmica de Zno Varistor. Després que la ceràmica de Varistor Zno es dopés amb òxid de terra raraLA2O3, el seu valor VLMA de la tensió VARISTOR va augmentar significativament; Quan la quantitat de dopatge va augmentar del 0,1% al 10%, el coeficient no lineal α de la ceràmica va disminuir de 20 a 1 i, bàsicament, no tenia propietats de Varistor. Per tant, per a la ceràmica ZnO, el dopatge de l’element de terra rara de baixa concentració pot augmentar el seu valor de tensió del varistor, però té poc efecte sobre el coeficient no lineal; I el dopatge d’alta concentració no presenta característiques del varistor.
(3) Ceràmica sensible al gas: des de la dècada de 1970, la gent ha fet moltes investigacions sobre el paper d’afegir òxids de terres rares a materials ceràmics sensibles al gas com ZnO,Sno2iFe2o3i han produït materials d'òxid compostos de terra rara ABO3 i A2BO4. Els resultats de la investigació mostren que afegir òxids de terra rara a ZnO pot millorar significativament la seva sensibilitat al propilè; afegirCEO2Per SNO2 pot produir un element sinteritzat sensible a l’etanol.
(4) Ceràmica del termistor: el titanat de bari (Batio3) és la ceràmica termistor més estudiada i àmpliament utilitzada. Quan el traça elements de terra rara com LA, CE, SM, DY, Y, etc. s’afegeixen a BATIO3 (la fracció atòmica molar es controla a 0,2% a 0,3%), una part de BA2+ es substitueix per RE3+ amb un radi similar a BA2+, generant càrregues positives i formant electrons dèbilment carregats a través de l’acció de TI4+, de manera que la resistivitat de la ceràmica es redueix significativament; Tanmateix, si la quantitat de dopatge supera un cert valor, a causa de la formació de les vacants BA2+ i la desaparició de portadors conductors, la resistivitat de la ceràmica augmenta bruscament i fins i tot es converteix en aïllant.
(5) Ceràmica sensible a la humitat: entre els diversos tipus de ceràmica sensible a la humitat, les terres rares que actualment s’afegeixen són principalment el sistema Lanthanum i els seus òxids, com el sistema SR1-XlaxSNO3, LA2O3-TIO2 Pd0.91la0.09 (zr0.65ti0.35) 0.98o3-kh2po3, etc. Per millorar encara més la sensibilitat de la ceràmica d’humitat, en termes de realisme i estabilitat, i per millorar la seva pràctica, també és necessari reforçar la investigació sobre la influència de la influència de la influènciaterra raraAddició a les propietats rellevants de la ceràmica.

Estem especialitzats en productes de terra rara, per comprar productes de terra rara, benvinguts aens contacta

Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com 

WhatsApp & Tel: 008613524231522; 0086 13661632459