Anvendelse af sjældne jordelementer i avanceret keramik

 Sjældne jordelementerer en generel betegnelse for 17 metalelementer, herunder 15 lanthanidelementer ogScandiumogyttrium. Siden slutningen af ​​det 18. århundrede er de blevet vidt brugt i metallurgi, keramik, glas, petrokemikalier, trykning og farvning, landbrug og skovbrug og andre industrier. Anvendelsen af ​​sjældne jordelementer i mit lands keramiske industri begyndte i 1930'erne. I 1970'erne er den samlede mængde afSjældne jordarterBrugt i keramiske materialer nåede 70 t/år og tegner sig for ca. 2% til 3% af den samlede indenlandske produktion. På nuværende tidspunkt bruges sjældne jordarter hovedsageligt i strukturel keramik, funktionel keramik, keramiske glasurer og andre felter. Med den kontinuerlige udvikling og anvendelse af nye sjældne jordmaterialer bruges sjældne jordarter som tilsætningsstoffer, stabilisatorer og sintringshjælpemidler i forskellige keramiske materialer, hvilket i høj grad forbedrer deres ydeevne, reducerer produktionsomkostningerne og gør deres industrielle anvendelse mulig.

Anvendelse af sjældne jordelementer i strukturel keramik

■ Ansøgning iAL2O3Keramik AL2O3 keramik er den mest anvendte strukturelle keramik på grund af deres høje styrke, høj temperaturresistens, god isolering, slidstyrke, korrosionsbestandighed og gode elektromekaniske egenskaber. Tilføjelse af sjældne jordoxider såsomY2O3, LA2O3, SM2O3osv. kan forbedre befugtningsegenskaberne for AL2O3 -sammensatte materialer, reducere smeltepunktet for keramiske materialer; reducere porøsiteten af ​​materialet og øg densiteten; Hinder for migrationen af ​​andre ioner, reducerer migrationshastigheden for korngrænser, hæmmer kornvækst og letter dannelsen af ​​tætte strukturer; Forbedre styrken i glasfasen og derved opnå formålet med at forbedre de mekaniske egenskaber ved AL2O3 -keramik.

■ Ansøgning iSi3n4Ceramicssi3n4 keramik har fremragende mekaniske egenskaber, termiske egenskaber og kemisk stabilitet og er de mest lovende materialer til strukturel keramik med høj temperatur. Da Si3N4 er en stærk kovalent bindingsforbindelse, kan ren Si3N4 ikke fortættes ved konventionel fastfasende sintring. Derfor skal der ud over reaktionsintreringen af ​​direkte nitridering af Si -pulver tilføjes en vis mængde sintringshjælpemiddel for at fremstille et tæt materiale. På nuværende tidspunkt er de mere ideelle sintringshjælpemidler til forberedelse af Si3N4 -keramik sjældne jordoxider, såsomY2O3, ND2O3ogLA2O3. På den ene side reagerer disse sjældne jordoxider med spor SiO2 på overfladen af ​​Si3N4-pulver ved høj temperatur for at generere nitrogenholdige høje temperaturglasfaser, som effektivt fremmer sintring af Si3N4-keramik; På den anden side danner de Y-La-Si-on glaskorngrænser med høj refraktoritet og viskositet, har høj temperaturbøjningsstyrke og god oxidationsmodstand og er let at udfælde krystallinske forbindelser indeholdende Y og LA med høje smeltepunkter under høje temperaturforhold, hvilket forbedrer den høje temperaturfrakturhårdhed i materialet.

■ Ansøgning iZRO2Keramik ZRO2 -keramik har høj densitet, højt smeltepunkt og hårdhed, især høj bøjningsstyrke og brudhårdhed, som er den højeste blandt al keramik. Da krystaltransformationen af ​​ZRO2 er ledsaget af åbenlyst volumenændring, er omfanget af direkte brug begrænset. Med uddybningen af ​​forskningsarbejde viser det sig, at tilsætningen af ​​sjældne jordoxider har en bedre hæmmende og stabiliserende virkning på faseændringen af ​​ZRO2. Almindeligt anvendte sjældne jordoxider er hovedsageligtY2O3,ND2O3og Ce2O3. Deres ioniske radius er dybest set tæt på ZR4+, og de kan danne monokliniske, tetragonale og kubiske substitutionelle faste opløsninger med ZRO2. Denne type ZRO2 -keramiske materiale har gode tekniske præstationsindikatorer. For eksempel,CEO2Kan danne et faseområde af tetragonal zirconia solid opløsning i en lang række med ZRO2, som er et godt fast elektrolytmateriale. Y2O3-stabiliseret ZRO2 (YSZ) er et fremragende ilt-ion-ledermateriale, der er blevet vidt brugt i faste oxidbrændselsceller (SOFC), iltføler og metan-delvis oxidationsmembranreaktorer.

■ Ansøgning iSickeramikSiliciumcarbidKeramik er resistente over for høje temperaturer, termisk chok, korrosion, slid, god termisk ledningsevne og let vægt og bruges ofte strukturel keramik med høj temperatur. De stærke kovalente bindingsegenskaber forSicBestem, at det er vanskeligt at opnå sintring af densificering under normale forhold. Det er normalt nødvendigt at tilføje sintringshjælpemidler eller bruge varmt presserende og varmt isostatisk presning af sintringsprocesser. Produktionsprocessen er kompliceret, og omkostningerne er høje. Det mest effektive sintringshjælp til trykløs sintring af SiC er AL2O3-Y2O3; SIC-YAG-keramiske kompositmaterialer med Y3AL5O12 (YAG for kort), da det vigtigste sintringshjælpemiddel kan opnå densificeringsintring ved en lavere temperatur, så de betragtes som et af de mest lovende siliciumcarbid-keramiske systemer.

■ Ansøgning iAlnkeramikAlner en kovalent bindingsforbindelse med et højt smeltepunkt, høj termisk ledningsevne, lav dielektrisk konstant og modstand mod korrosion af metaller og legeringer, såsom jern og aluminium. Det har fremragende høj temperaturresistens i specielle atmosfærer og er et ideelt storskala integreret kredsløbssubstrat og emballagemateriale. Da ALN er en kovalent binding, er sintring meget vanskelig, og et enkelt sintringshjælpemiddel kan kun reducere sintringstemperaturen i begrænset omfang, så sammensatte AIDS (sjældne jordmetaloxider og alkaliske jordmetaloxider) bruges normalt som sintringshjælpemidler til dannelse af en flydende fase til at fremme sintring. Derudover kan sintringshjælpemidler også reagere med ilt urenheder iAln, reducer ledige stillinger forårsaget af delvis iltopløsning i Aln -gitteret, og forbedrer den termiske ledningsevne afAln.

■ Anvendelse i Sialon keramik Sialon keramik er en slags Si-no-al-tæt polykrystallinsk nitridkeramik udviklet på grundlag afSi3n4keramik. De er dannet ved delvis udskiftning af Si -atomer og N -atomer iSi3n4af Al -atomer og O -atomer i AL2O3. Deres styrke, sejhed og oxidationsmodstand er bedre end Si3N4-keramik, og de er især egnede til keramiske motorkomponenter og andre slidbestandige keramiske produkter. Sialon -materialer er ikke lette at sinter. Indførelsen af ​​sjældne jordoxider er befordrende for dannelsen af ​​flydende fase ved en lavere temperatur, hvilket effektivt fremmer sintring. På samme tid kan sjældne jordkationer komme ind i gitteret i α-Si3N4-fasen, reducere indholdet af glasfasen og danne en korngrænsefase, forbedre materialets stuetemperatur og høje temperatur. Undersøgelser har vist, at tilføjelse af 1%Y2O3Kan danne en høje temperaturglasfase, når Sialon-keramik ved sintring af Sialon ved høje temperaturer, som ikke kun fremmer sintring, men også forbedrer dens brudhårdhed. Derudover forbedrer tilføjelse af en lille mængde Y2O3 også i høj grad dens oxidationsmodstand.

Anvendelse af sjældne jordelementer i funktionel keramik

Sjældne jordarterer tæt knyttet til funktionel keramik. Tilføjelse af visseSjældne jordelementerFor råmaterialerne i mange funktionelle keramik kan ikke kun forbedre sintring, densitet, styrke osv. Af keramikken, men endnu vigtigere, det kan forbedre deres unikke funktionelle effekter markant.

1Rolle i superledende keramik siden 1987, da materielle forskere fra Kina, Japan, USA og andre lande opdagede, at oxidkeramikyttrium barium kobberoxid(YBCO) har fremragende høj temperatur superledning (TC op til 92K), folk har gjort en masse arbejde i præstationsundersøgelser og anvendelsesudvikling af sjælden jordhøjtemperatur superledende keramik og har gjort mange store fremskridt. Japanske studier har vist, at efter at have erstattet Y i YBCO medLette sjældne jordarter(Ln) såsomNd, Sm, EuogGd, den kritiske magnetfeltstyrke af den resulterende superledende keramiske materiale LNBCO forbedres markant, og den magnetiske flux -fastgørelsesstyrke forbedres også meget, hvilket er af stor praktisk værdi inden for elektricitet, energilagring og transport. Peking University blev brugtZRO2som et underlag og opvarmet det til ca. 200 ° C og fordampet y (eller andetSjældne jordarter), BA-oxider og Cu på underlaget i lag til diffusionsbehandling, og varme behandlede dem i temperaturområdet 800-900 ° C. Den resulterende superledende keramik viste god metallisk resistensstemperaturkoefficient over 100K. Kagoshima University i Japan tilføjedeSjælden jordLA til SR- og NB -oxider for at lave en keramisk film, der udviste superledningsevne på 255K.

2 Anvendelse i piezoelektrisk keramik Lead Titanate (PBTIO3) er en typisk piezoelektrisk keramik med mekanisk energi-elektrisk energikoblingseffekt. Det har en høj curie -temperatur (490 ° C) og en lav dielektrisk konstant og er velegnet til påføring under høje temperatur og højfrekvensbetingelser. Under dens forberedelse og afkølingsproces er mikro revner imidlertid tilbøjelige til at forekomme på grund af den kubik-tetragonale faseovergang. For at løse dette problem bruges sjældne jordarter til at ændre det. Efter sintring ved 1150 ° C kan Re-PBTIO3 keramik med en relativ tæthed på 99% opnås. Mikrostrukturen forbedres markant og kan bruges til at fremstille transducerarrays, der arbejder under højfrekvensbetingelser på 75 MHz. I blyzirconat titanat (PZT) piezoelektrisk keramik med høje piezoelektriske koefficienter ved at tilføje sjældne jordoxider såsomLA2O3, SM2O3ogND2O3, kanteregenskaberne af PZT -keramik kan forbedres markant, og stabile elektriske elektriske elektriske og piezoelektriske egenskaber kan opnås. Derudover kan ydelsen af ​​PZT -keramik forbedres ved at tilføje en lille mængde sjælden jordoxidCEO2. Efter tilføjelse af CEO2 øges volumenresistiviteten af ​​PZT -keramik, hvilket er befordrende for realiseringen af ​​polarisering under høj temperatur og højt elektrisk felt i processen, og dens modstand mod tids aldring og temperatur aldring forbedres også. PZT -keramik modificeret afSjældne jordarterhar været vidt brugt i højspændingsgeneratorer, ultralydgeneratorer, akustiske transducere under vand og andre enheder.

3Anvendelse i ledende keramik yttrium-stabiliseret zirkonium (YSZ) keramik medSjælden jordoxid Y2O3Som additiv har god termisk og kemisk stabilitet ved høje temperaturer, er gode iltioneledere og har en fremtrædende position i ion ledende keramik. YSZ-keramiske sensorer er blevet brugt med succes til at måle det delvis delvis tryk i bilen i biludstødningen, effektivt kontrollere forholdet mellem luft/brændstof og har betydelige energibesparende effekter. De er blevet vidt brugt i industrielle kedler, smelteovne, forbrændingsanlæg og andet forbrændingsbaseret udstyr. Imidlertid viser YSZ -keramik kun høj ionisk ledningsevne, når temperaturen er højere end 900 ° C, så deres anvendelse er stadig underlagt visse begrænsninger. Eksisterende forskning har fundet, at tilføjelse af en passende mængde Y2O3 ellerGD2O3 to Bi2O3Keramik med højere ionisk ledningsevne kan stabilisere BI2O3 ansigt-centreret kubisk fase til stuetemperatur. På samme tid har røntgenstrålediffraktionsmønstre også vist, at (BI2O3) 0,75 · (Y2O3) 0,25 og (Bi2O3) 0,65 · (GD2O3) 0,35 er begge stabile ansigtscentrerede kubiske strukturer med høj oxygenions ledningsevne. Efter belægning af siden af ​​denne keramik med en beskyttende film på (ZRO2) 0,92 (Y2O3) 0,08, kan brændselsceller og iltføler med høj ionisk ledningsevne og god stabilitet, der kan fungere under medium temperaturforhold (500 ~ 800 ℃), fremstilles og samles, hvilket er befordrende for at høste de vanskeligheder, der er bragt til med højtstående teknologi.

4 Anvendelse i dielektrisk keramik Dielektrisk keramik bruges hovedsageligt til at fremstille keramiske kondensatorer og mikrobølgeovn -dielektriske komponenter. I dielektrisk keramik såsomTiO2, Mgtio3,Batio3og deres sammensatte dielektriske keramik, tilføjerSjældne jordartersåsom LA, ND og DY kan forbedre deres dielektriske egenskaber markant. F.eks. I Batio3 -keramik med en høj dielektrisk konstant kan tilsætning af LA- og ND -sjældne jordforbindelser med en dielektrisk konstant værdi på ε = 30 ~ 60 holde sin dielektriske konstant stabile over et bredt temperaturområde, og enhedens levetid forbedres markant. I dielektrisk keramik til termisk kompensationskondensatorer kan sjældne jordarter også tilføjes passende efter behov for at forbedre eller justere den dielektriske konstant, temperaturkoefficient og kvalitetsfaktor for keramik og derved udvide sit anvendelsesområde. Den termisk stabile kondensatormagnesiumtitanatkeramik ændres med LA2O3, og den opnåede MgO · TiO2-LA2O3-TiO2 keramik og Catio3-Mgtio3-La2Tio5 keramik opretholder ikke kun de originale egenskaber ved lavt dielektrisk tab og temperaturkoefficient, men også markant forbedre deres dielektriskekonstant.

5 Anvendelse i følsom keramikfølsom keramik er en vigtig type funktionel keramik. De er kendetegnet ved at være følsomme over for visse eksterne forhold, såsom spænding, gassammensætning, temperatur, fugtighed osv. Derfor kan de overvåge kredsløb, driftsprocesser eller miljøer gennem reaktion eller ændring af deres relaterede elektriske ydelsesparametre. De er vidt brugt som sensingelementer i kontrolkredsløb, så de kaldes også sensorkeramik. Der er en tæt sammenhæng mellem sjældne jordarter og udførelsen af ​​denne type keramik.
(1) Elektrooptisk keramik: ved at tilføje sjældne jordoxidLA2O3Til PZT kan gennemsigtige bly lanthanum zirconat titanat (PLZT) elektrooptisk keramik opnås. Det originale Matrix -materiale PZT er generelt uigennemsigtigt på grund af tilstedeværelsen af ​​porer, korngrænsefaser og anisotropi, mens tilsætningen af ​​LA2O3 gør dens mikrostrukturuniform, stort set eliminerer porer, svækker dens anisotropi og reducerer signifikant den lysspredning, der er forårsaget af flere bremser på korngrænsen, og den lys, der spreder sig af den anden fase. Derfor har PLZT god lysoverførselsydelse. PLZT er vidt brugt i beskyttelsesbriller til afskærmning af nuklear eksplosionsstråling, vinduer med tunge bombefly, optiske kommunikationsmodulatorer, holografiske optagelsesenheder osv.
(2) Varistor keramik: Central South University of Technology studerede effekten af ​​sjældne jordelementer på de elektriske egenskaber ved ZnO Varistor -keramik. Efter at ZnO varistor blev keramik dopet med sjælden jordoxidLA2O3, deres varistorspænding VLMA -værdi steg markant; Når dopingmængden steg fra 0,1% til 10%, faldt den ikke -lineære koefficient α af keramikken fra 20 til 1 og havde dybest set ingen varistoregenskaber. Derfor kan doping for ZnO-keramik for ZnO-doping øge sin varistorspændingsværdi, men har ringe indflydelse på den ikke-lineære koefficient; Og doping med høj koncentration viser ikke varistoregenskaber.
(3) Gasfølsom keramik: Siden 1970'erne har folk foretaget en masse research om rollen som at tilføje sjældne jordoxider til gasfølsomme keramiske materialer såsom ZnO,Sno2ogFe2O3, og har produceret ABO3 og A2BO4 sjældne jordkompositoxidmaterialer. Forskningsresultater viser, at tilføjelse af sjældne jordoxider til ZnO kan forbedre dens følsomhed over for propylen; TilføjelseCEO2At SNO2 kan producere et sintret element, der er følsomt over for ethanol.
(4) Termistor keramik: Barium titanat (Batio3) er den mest studerede og vidt anvendte termistorkeramik. Når spore sjældne jordelementer som LA, CE, SM, DY, Y osv. Tilsættes til Batio3 (den molære atomfraktion kontrolleres til at være 0,2% til 0,3%), erstattes en del af Ba2+ med RE3+ med en radius, der ligner Ba2+, hvilket genererer overskydende positive ladninger og danner svage bundet elektroner gennem handlingen af ​​Ti4+, således at modstanden for den keramiske rederammen rammer; Men hvis dopingmængden overstiger en bestemt værdi på grund af dannelsen af ​​BA2+ ledige stillinger og forsvinden af ​​ledende bærere, stiger resistiviteten af ​​keramikken skarpt og bliver endda en isolator.
(5) Fugtighedsfølsom keramik: Blandt de forskellige typer fugtighedsfølsom keramik er det sjældne jordarter, der i øjeblikket er tilføjet, hovedsageligt lanthanum og dets oxider, såsom SR1-XLAXSNO3-system, LA2O3-TiO2-system, LA2O3-TiO2-V2O5-system, SR0.95LA0.05SNO3 og PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0,98O3-KH2PO3 osv. For yderligereSjælden jordTilføjelse af de relevante egenskaber ved keramik.

Vi er specialiserede i eksport sjældne jordprodukter, til at købe sjældne jordprodukt, velkommen tilkontakter os

Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com 

WhatsApp & Tlf: 008613524231522; 0086 13661632459