Compuestos importantes de tierras raras: ¿Cuáles son los usos del polvo de óxido de itrio?

Compuestos importantes de tierras raras: ¿Cuáles son los usos del polvo de óxido de itrio?

Las tierras raras son un recurso estratégico extremadamente importante y desempeñan un papel insustituible en la producción industrial. El vidrio de automóvil, la resonancia magnética nuclear, la fibra óptica, la pantalla de cristal líquido, etc. son inseparables de la adición de tierras raras. Entre ellos, el itrio (Y) es uno de los elementos metálicos de tierras raras y es un tipo de metal gris. Sin embargo, debido a su alto contenido en la corteza terrestre, el precio es relativamente barato y se usa ampliamente. En la producción social actual, se usa principalmente en estado de aleación de itrio y óxido de itrio.

Metal itrio
Entre ellos, el óxido de itrio (Y2O3) es el compuesto de itrio más importante. Es insoluble en agua y álcali, soluble en ácido y tiene la apariencia de un polvo cristalino blanco (la estructura cristalina pertenece al sistema cúbico). Tiene muy buena estabilidad química y está al vacío. Baja volatilidad, alta resistencia al calor, resistencia a la corrosión, alto dieléctrico, transparencia (infrarrojos) y otras ventajas, por lo que se ha aplicado en muchos campos. ¿Cuáles son los específicos? Echemos un vistazo.

La estructura cristalina del óxido de itrio.

01 Síntesis de polvo de circona estabilizada con itrio. Los siguientes cambios de fase ocurrirán durante el enfriamiento del ZrO2 puro desde temperatura alta a temperatura ambiente: fase cúbica (c) → fase tetragonal (t) → fase monoclínica (m), donde t ocurrirá a 1150°C →m cambio de fase, acompañado de una expansión del volumen de alrededor del 5%. Sin embargo, si el punto de transición de fase t→m del ZrO2 se estabiliza a temperatura ambiente, la transición de fase t→m es inducida por la tensión durante la carga. Debido al efecto de volumen generado por el cambio de fase, se absorbe una gran cantidad de energía de fractura. , de modo que el material exhibe una energía de fractura anormalmente alta, de modo que el material exhibe una tenacidad a la fractura anormalmente alta, dando como resultado tenacidad por transformación de fase, y alta tenacidad y alta resistencia al desgaste. sexo.

Para lograr el endurecimiento por cambio de fase de las cerámicas de circonio, se debe agregar un cierto estabilizador y, bajo ciertas condiciones de cocción, la metaestabilización de fase tetragonal estable a alta temperatura a temperatura ambiente, se obtiene una fase tetragonal que se puede transformar en fase a temperatura ambiente. . Es el efecto estabilizador de los estabilizadores sobre el circonio. Y2O3 es el estabilizador de óxido de circonio más investigado hasta el momento. El material sinterizado Y-TZP tiene excelentes propiedades mecánicas a temperatura ambiente, alta resistencia, buena tenacidad a la fractura y el tamaño de grano del material en su conjunto es pequeño y uniforme, por lo que tiene atrajo más atención. 02 Auxiliares de sinterización La sinterización de muchas cerámicas especiales requiere la participación de auxiliares de sinterización. El papel de los auxiliares de sinterización generalmente se puede dividir en las siguientes partes: formar una solución sólida con el sinterizado; prevenir la transformación de forma cristalina; inhibir el crecimiento de granos de cristal; producir fase líquida. Por ejemplo, en la sinterización de alúmina, a menudo se agrega óxido de magnesio MgO como estabilizador de la microestructura durante el proceso de sinterización. Puede refinar los granos, reducir en gran medida la diferencia en la energía de los límites del grano, debilitar la anisotropía del crecimiento del grano e inhibir el crecimiento discontinuo del grano. Dado que el MgO es muy volátil a altas temperaturas, para lograr buenos resultados, a menudo se mezcla óxido de itrio con MgO. Y2O3 puede refinar los granos de cristal y promover la densificación de la sinterización. El granate de itrio y aluminio sintético en polvo 03YAG (Y3Al5O12) es un compuesto artificial, sin minerales naturales, incoloro, la dureza Mohs puede alcanzar 8,5, punto de fusión 1950 ℃, insoluble en ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido fluorhídrico, etc. El método de fase sólida a alta temperatura es un método tradicional para preparar polvo de YAG. Según la relación obtenida en el diagrama de fase binaria de óxido de itrio y óxido de aluminio, los dos polvos se mezclan y se cuecen a alta temperatura, y el polvo YAG se forma a través de la reacción en fase sólida entre los óxidos. En condiciones de alta temperatura, en la reacción de alúmina y óxido de itrio, primero se formarán las mesofases YAM y YAP, y finalmente se formará YAG.

El método de fase sólida a alta temperatura para preparar polvo de YAG tiene muchas aplicaciones. Por ejemplo, el tamaño de su enlace Al-O es pequeño y la energía del enlace es alta. Bajo el impacto de los electrones, el rendimiento óptico se mantiene estable y la introducción de elementos de tierras raras puede mejorar significativamente el rendimiento de luminiscencia del fósforo. Y YAG puede convertirse en fósforo dopando con iones trivalentes de tierras raras como Ce3+ y Eu3+. Además, el cristal YAG tiene buena transparencia, propiedades físicas y químicas muy estables, alta resistencia mecánica y buena resistencia a la fluencia térmica. Es un material de cristal láser con una amplia gama de aplicaciones y rendimiento ideal.

El óxido de itrio cerámico transparente YAG crystal 04 siempre ha sido el foco de investigación en el campo de la cerámica transparente. Pertenece al sistema cristalino cúbico y tiene las propiedades ópticas isotrópicas de cada eje. En comparación con la anisotropía de la alúmina transparente, la imagen está menos distorsionada, por lo que poco a poco ha sido valorada y desarrollada por lentes de alta gama o ventanas ópticas militares. Las principales características de sus propiedades físicas y químicas son: ① Alto punto de fusión, la estabilidad química y fotoquímica es buena y el rango de transparencia óptica es amplio (0,23 ~ 8,0 μm); ②A 1050 nm, su índice de refracción llega a 1,89, lo que hace que tenga una transmitancia teórica de más del 80 %; ③Y2O3 tiene suficiente para acomodar la mayoría. La banda prohibida desde la banda de conducción más grande hasta la banda de valencia del nivel de emisión de iones trivalentes de tierras raras se puede adaptar de manera efectiva mediante el dopaje de iones de tierras raras. Para lograr la multifuncionalización de su aplicación. ; ④La energía del fonón es baja y su frecuencia máxima de corte del fonón es de aproximadamente 550 cm-1. La baja energía del fonón puede suprimir la probabilidad de transición no radiativa, aumentar la probabilidad de transición de radiación y mejorar la eficiencia cuántica de luminiscencia; ⑤Alta conductividad térmica, aproximadamente 13,6 W/(m·K), la alta conductividad térmica es extremadamente

importante para ello como material medio láser sólido.

Cerámica transparente de óxido de itrio desarrollada por Kamishima Chemical Company de Japón

El punto de fusión del Y2O3 es de aproximadamente 2690 ℃ y la temperatura de sinterización a temperatura ambiente es de aproximadamente 1700 ~ 1800 ℃. Para fabricar cerámicas que transmitan luz, lo mejor es utilizar prensado en caliente y sinterización. Debido a sus excelentes propiedades físicas y químicas, las cerámicas transparentes Y2O3 se utilizan ampliamente y potencialmente se desarrollan, entre ellas: ventanas y cúpulas infrarrojas para misiles, lentes visibles e infrarrojas, lámparas de descarga de gas de alta presión, centelleadores cerámicos, láseres cerámicos y otros campos.