Jaký je vliv oxidů vzácných zemin na keramické povlaky?

Keramika, kovové materiály a polymerní materiály jsou uvedeny jako tři hlavní pevné materiály. Keramika má mnoho vynikajících vlastností, jako je odolnost proti vysokým teplotám, odolnost proti korozi, odolnost proti opotřebení atd., protože režim atomové vazby keramiky je iontová vazba, kovalentní vazba nebo smíšená iontově-kovalentní vazba s vysokou energií vazby. Keramický povlak může změnit vzhled, strukturu a výkon vnějšího povrchu substrátu, kompozit povlak-substrát je upřednostňován pro svůj nový výkon. Dokáže organicky kombinovat původní vlastnosti substrátu s vlastnostmi vysoké teplotní odolnosti, vysoké odolnosti proti opotřebení a vysoké odolnosti keramických materiálů proti korozi a poskytuje plnou hru komplexním výhodám těchto dvou druhů materiálů, takže je široce používán v leteckém průmyslu. , letectví, národní obrana, chemický průmysl a další průmyslová odvětví.

Vzácná zemina je nazývána „domem pokladů“ nových materiálů kvůli své jedinečné elektronické struktuře 4f a fyzikálním a chemickým vlastnostem. Čisté kovy vzácných zemin se však přímo ve výzkumu používají jen zřídka a většinou se používají sloučeniny vzácných zemin. Nejběžnějšími sloučeninami jsou CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS a ferosilikon vzácných zemin. Tyto sloučeniny vzácných zemin mohou zlepšit strukturu a vlastnosti keramických materiálů a keramických povlaků.

I aplikace oxidů vzácných zemin v keramických materiálech

Přidání prvků vzácných zemin jako stabilizátorů a slinovacích pomůcek do různých keramických materiálů může snížit teplotu slinování, zlepšit pevnost a houževnatost některých strukturálních keramických materiálů, a tím snížit výrobní náklady. Prvky vzácných zemin přitom hrají velmi důležitou roli také v polovodičových senzorech plynů, mikrovlnných médiích, piezoelektrické keramice a další funkční keramice. Výzkum zjistil, že přidání dvou nebo více oxidů vzácných zemin do keramiky z oxidu hlinitého dohromady je lepší než přidání jednoho oxidu vzácných zemin do keramiky z oxidu hlinitého. Po optimalizačním testu má Y2O3+CeO2 nejlepší účinek. Když se přidá 0,2 % Y2O3 + 0,2 % CeO2 při 1490 °C, relativní hustota slinutých vzorků může dosáhnout 96,2 %, což převyšuje hustotu vzorků s jakýmkoliv oxidem vzácných zemin Y2O3 nebo samotným CeO2.

Účinek La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 na podporu slinování je lepší než účinek přidání pouze La2O3 a odolnost proti opotřebení je zjevně zlepšena. Ukazuje také, že smíchání dvou oxidů vzácných zemin není jednoduchým přidáním, ale existuje mezi nimi interakce, která je výhodnější pro slinování a zlepšení výkonu keramiky z oxidu hlinitého, ale princip zbývá prostudovat.

Kromě toho bylo zjištěno, že přidání smíšených oxidů kovů vzácných zemin jako slinovací pomůcky může zlepšit migraci materiálů, podpořit slinování MgO keramiky a zlepšit hustotu. Pokud je však obsah směsného oxidu kovu vyšší než 15 %, relativní hustota se snižuje a otevřená pórovitost se zvyšuje.

Za druhé, vliv oxidů vzácných zemin na vlastnosti keramických povlaků

Stávající výzkum ukazuje, že prvky vzácných zemin mohou zjemnit velikost zrna, zvýšit hustotu, zlepšit mikrostrukturu a vyčistit rozhraní. Hraje jedinečnou roli ve zlepšování pevnosti, houževnatosti, tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a korozi keramických povlaků, což do určité míry zlepšuje výkon keramických povlaků a rozšiřuje rozsah použití keramických povlaků.

1

Zlepšení mechanických vlastností keramických povlaků oxidy vzácných zemin

Oxidy vzácných zemin mohou výrazně zlepšit tvrdost, pevnost v ohybu a pevnost v tahu keramických povlaků. Experimentální výsledky ukazují, že pevnost v tahu povlaku lze účinně zlepšit použitím Lao_2 jako přísady do materiálu Al2O3+3% TiO_2 a pevnost vazby v tahu může dosáhnout 27,36 MPa, když je množství Lao_2 6,0 %. Přidáním CeO2 s hmotnostním podílem 3,0 % a 6,0 % do materiálu Cr2O3, pevnost spojení povlaku v tahu je mezi 18~25MPa, což je větší než původních 12~16MPa. Pokud je však obsah CeO2 9,0 %, pevnost v tahu pevnost spoje klesá na 12~15MPa.

2

Zlepšení odolnosti keramického povlaku vůči tepelnému šoku vzácnými zeminami

Zkouška odolnosti proti tepelnému šoku je důležitým testem, který kvalitativně odráží pevnost spojení mezi povlakem a substrátem a shodu koeficientu tepelné roztažnosti mezi povlakem a substrátem. Přímo odráží schopnost povlaku odolávat odlupování při střídavých změnách teploty během používání a také odráží schopnost povlaku odolávat únavě mechanického nárazu a schopnost lepení se substrátem ze strany. Proto je také klíčovým faktorem pro posouzení kvalita keramického povlaku.

Výzkum ukazuje, že přidání 3,0% CeO2 může snížit poréznost a velikost pórů v povlaku a snížit koncentraci napětí na okraji pórů, čímž se zlepší odolnost povlaku Cr2O3 proti tepelnému šoku. Poréznost keramického povlaku Al2O3 se však snížila a pevnost spoje a životnost povlaku při tepelném šoku se po přidání LaO2 zjevně zvýšily. Když je přidané množství LaO2 6 % (hmotnostní zlomek), odolnost povlaku proti tepelnému šoku je nejlepší a životnost při selhání tepelného šoku může dosáhnout 218krát, zatímco životnost povlaku bez LaO2 při tepelném šoku je pouze 163. časy.

3

Oxidy vzácných zemin ovlivňují odolnost povlaků proti opotřebení

Oxidy vzácných zemin používané ke zlepšení odolnosti keramických povlaků proti opotřebení jsou většinou CeO2 a La2O3. Jejich šestiúhelníková vrstvená struktura může vykazovat dobrou mazací funkci a udržovat stabilní chemické vlastnosti při vysoké teplotě, což může účinně zlepšit odolnost proti opotřebení a snížit koeficient tření.

Výzkum ukazuje, že koeficient tření povlaku se správným množstvím CeO2 je malý a stabilní. Bylo publikováno, že přidání La2O3 do plazmově stříkaného cermetového povlaku na bázi niklu může zjevně snížit opotřebení třením a koeficient tření povlaku a koeficient tření je stabilní s malým kolísáním. Opotřebený povrch plátovací vrstvy bez vzácných zemin vykazuje vážnou adhezi a křehký lom a odlupování, avšak povlak obsahující vzácné zeminy vykazuje slabou adhezi na opotřebovaném povrchu a nevykazuje žádné známky velkoplošného křehkého odlupování. Mikrostruktura povlaku dopovaného vzácnými zeminami je hustší a kompaktnější a póry jsou redukovány, což snižuje průměrnou třecí sílu nesenou mikroskopickými částicemi a snižuje tření a opotřebení Dopování vzácných zemin může také zvýšit vzdálenost krystalové roviny cermetů. na změnu interakční síly mezi dvěma plochami krystalu a snižuje koeficient tření.

Shrnutí:

Přestože oxidy vzácných zemin dosáhly velkých úspěchů v aplikaci keramických materiálů a povlaků, které mohou účinně zlepšit mikrostrukturu a mechanické vlastnosti keramických materiálů a povlaků, stále existuje mnoho neznámých vlastností, zejména při snižování tření a opotřebení. pevnost a odolnost materiálů proti opotřebení spolupracují s jejich mazacími vlastnostmi se stala důležitým směrem hodným diskuse v oblasti tribologie.

Tel: +86-21-20970332E-mail：info@shxlchem.com