استفاده از عناصر نادر زمین در سرامیک پیشرفته

 عناصر نادر زمینیک اصطلاح کلی برای 17 عنصر فلزی ، از جمله 15 عنصر لانتانید ورسواییوتیدتیمبشر از اواخر قرن 18th ، آنها به طور گسترده در متالورژی ، سرامیک ، شیشه ، پتروشیمی ، چاپ و رنگ آمیزی ، کشاورزی و جنگلداری و سایر صنایع مورد استفاده قرار گرفته اند. استفاده از عناصر نادر زمین در صنعت سرامیک کشور من از دهه 1930 آغاز شد. در دهه 1970 ، کل مقدارزمین های نادرمورد استفاده در مواد سرامیکی به 70T در سال رسیده و حدود 2 ٪ تا 3 ٪ از کل تولید داخلی را تشکیل می دهد. در حال حاضر ، زمین های نادر عمدتا در سرامیک های ساختاری ، سرامیک های عملکردی ، لعاب های سرامیکی و سایر زمینه ها استفاده می شوند. با توسعه مداوم و استفاده از مواد جدید نادر زمین ، از زمین های نادر به عنوان مواد افزودنی ، تثبیت کننده و کمک های پخت و پز در مواد سرامیکی مختلف استفاده می شود که عملکرد آنها را تا حد زیادی بهبود می بخشد ، هزینه های تولید را کاهش می دهد و کاربرد صنعتی آنها را ممکن می سازد.

استفاده از عناصر نادر زمین در سرامیک های ساختاری

■ برنامه درAL2O3سرامیک سرامیک AL2O3 به دلیل مقاومت بالا ، مقاومت در برابر دمای بالا ، عایق خوب ، مقاومت در برابر سایش ، مقاومت در برابر خوردگی و خاصیت الکترومکانیکی خوب ، پرکاربردترین سرامیک های ساختاری هستند. افزودن اکسیدهای نادر زمین مانندy2O3, LA2O3, SM2O3، و غیره می تواند خواص مرطوب کننده مواد کامپوزیت Al2O3 را بهبود بخشد ، نقطه ذوب مواد سرامیکی را کاهش دهد. تخلخل مواد را کاهش داده و چگالی را افزایش دهید. مانع مهاجرت یون های دیگر ، کاهش میزان مهاجرت مرزهای دانه ، مهار رشد دانه ها و تسهیل در شکل گیری ساختارهای متراکم. قدرت فاز شیشه را بهبود بخشید و از این طریق به هدف بهبود خصوصیات مکانیکی سرامیک Al2O3 دست یافت.

■ برنامه درSI3N4سرامیک های CeramicsSI3N4 دارای خواص مکانیکی عالی ، خواص حرارتی و پایداری شیمیایی هستند و امیدوار کننده ترین مواد برای سرامیک های ساختاری با دمای بالا هستند. از آنجا که SI3N4 یک ترکیب باند کووالانسی قوی است ، SI3N4 خالص با پخت و پز فاز جامد معمولی نمی تواند متراکم شود. بنابراین ، علاوه بر واکنش پخت نیترایدات مستقیم پودر Si ، باید مقدار مشخصی از کمک های پخت و پز اضافه شود تا یک ماده متراکم ایجاد شود. در حال حاضر ، کمک های پخت و پز ایده آل برای تهیه سرامیک SI3N4 اکسیدهای نادر زمین مانندy2O3, nd2O3وتLA2O3بشر از یک طرف ، این اکسیدهای خاکی نادر با ردیابی SiO2 بر روی سطح پودر SI3N4 در دمای بالا واکنش نشان می دهند تا مراحل شیشه ای با درجه حرارت بالا حاوی نیتروژن را تولید کنند ، که به طور موثری باعث پخت و پز سرامیک Si3N4 می شود. از طرف دیگر ، آنها مرزهای دانه شیشه ای y-la-si را با نسوز و ویسکوزیته زیاد تشکیل می دهند ، از مقاومت انعطاف پذیر با دمای بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب برخوردار هستند و به راحتی می توانند ترکیبات کریستالی حاوی Y و LA را با نقاط ذوب بالا در شرایط دمای بالا رسوب دهند ، که باعث ایجاد سختی شکستگی دما بالا می شود.

■ برنامه درZRO2سرامیک سرامیک Zro2 دارای چگالی بالا ، نقطه ذوب و سختی بالا ، به ویژه استحکام خمش بالا و سختی شکستگی ، که بالاترین آنها در بین همه سرامیک ها است. از آنجا که تحول کریستالی ZRO2 با تغییر حجم آشکار همراه است ، دامنه استفاده مستقیم محدود است. با تعمیق کار تحقیقاتی ، مشخص می شود که افزودن اکسیدهای نادر زمین دارای اثر مهاری و تثبیت کننده بهتری در تغییر فاز ZRO2 است. اکسیدهای زمین نادر معمولاً مورد استفاده قرار می گیرندy2O3باnd2O3، و CE2O3. شعاع یونی آنها اساساً نزدیک به ZR4+است و می توانند محلول های جامد جایگزین مونوکلینیک ، تتراگون و مکعب را با ZRO2 تشکیل دهند. این نوع مواد سرامیکی ZRO2 دارای شاخص های عملکرد فنی خوبی است. به عنوان مثال ،مدیرعامل 2می تواند یک منطقه فاز از محلول جامد زیرکونیا چهار ضلعی را در طیف گسترده ای با ZRO2 تشکیل دهد ، که یک ماده الکترولیت جامد خوب است. ZRO2 تثبیت شده Y2O3 (YSZ) یک ماده هادی یون اکسیژن عالی است که به طور گسترده در سلولهای سوخت اکسید جامد (SOFC) ، سنسورهای اکسیژن و راکتورهای غشای اکسیداسیون جزئی متان مورد استفاده قرار می گیرد.

■ برنامه درباکرهسرامیککاربید سیلیکونسرامیک ها در برابر درجه حرارت بالا ، شوک حرارتی ، خوردگی ، سایش ، هدایت حرارتی خوب و وزن سبک مقاوم هستند و معمولاً از سرامیک های ساختاری با دمای بالا استفاده می شوند. خصوصیات پیوند کووالانسی قوی ازباکرهتعیین کنید که دستیابی به تراکم پخت و پز در شرایط عادی دشوار است. معمولاً لازم است که به کمک های پخت و پز اضافه کنید یا از فرآیندهای پخت و پز فشرده سازی داغ و داغ استفاده کنید. روند تولید پیچیده است و هزینه آن زیاد است. مؤثرترین کمک های پختگی برای پخت و پز بدون فشار از SIC AL2O3-Y2O3 است. مواد کامپوزیت سرامیکی SIC-YAG با Y3AL5O12 (YAG برای کوتاه) به عنوان اصلی ترین کمک های پخت و پز می توانند در دمای پایین تر به پخت و پز تراکم دست یابند ، بنابراین آنها یکی از امیدوار کننده ترین سیستم های سرامیک کاربید سیلیکون در نظر گرفته می شوند.

■ برنامه درالنسرامیکالنیک ترکیب پیوند کووالانسی با نقطه ذوب بالا ، هدایت حرارتی بالا ، ثابت دی الکتریک کم و مقاومت در برابر خوردگی فلزات و آلیاژها مانند آهن و آلومینیوم است. این مقاومت در برابر دمای بالا در جو خاص است و یک بستر مدار یکپارچه در مقیاس بزرگ ایده آل و مواد بسته بندی است. از آنجا که ALN یک پیوند کووالانسی است ، پخت و پز بسیار دشوار است ، و یک کمک پخت و پز تنها می تواند دمای پخت را به میزان محدود کاهش دهد ، بنابراین ایدز کامپوزیت (اکسیدهای فلزی نادر زمین و اکسیدهای فلزی زمین قلیایی) معمولاً به عنوان کمکهای پخت و پز برای تشکیل یک فاز مایع برای تقویت پخت و پز استفاده می شوند. علاوه بر این ، ایدزهای پخت و پز همچنین می توانند با ناخالصی های اکسیژن در واکنش نشان دهندالن، جای خالی های آلومینیومی ناشی از حل شدن اکسیژن جزئی در شبکه ALN را کاهش داده و هدایت حرارتی را بهبود می بخشدالن.

■ کاربرد در سرامیک های سیالون سیالون نوعی سرامیک نیترید پلی کریستالی متراکم Si-No-Al است که بر اساس آن ساخته شده استSI3N4سرامیک آنها با جایگزینی جزئی اتم های Si و اتمهای N در تشکیل می شوندSI3N4توسط اتم های آل و اتمهای O در AL2O3. مقاومت ، چقرمگی و مقاومت در برابر اکسیداسیون آنها بهتر از سرامیک SI3N4 است و به ویژه برای اجزای موتور سرامیکی و سایر محصولات سرامیکی مقاوم در برابر سایش مناسب هستند. مواد سیالون به راحتی قابل پخت نیست. معرفی اکسیدهای خاکی نادر منجر به تشکیل فاز مایع در دمای پایین تر می شود ، که به طور موثری باعث پخت و پز می شود. در عین حال ، کاتیونهای خاکی نادر می توانند وارد شبکه فاز α-SI3N4 شوند ، محتوای فاز شیشه را کاهش داده و یک فاز مرزی دانه را تشکیل دهند و باعث بهبود دمای اتاق و عملکرد دمای بالا از مواد شوند. مطالعات نشان داده است که اضافه کردن 1 ٪y2O3می تواند هنگام پخت سرامیک سیالون در دماهای بالا ، یک فاز شیشه ای با درجه حرارت بالا تشکیل دهد ، که نه تنها باعث پخت و پز می شود بلکه باعث شکستگی شکستگی آن می شود. علاوه بر این ، اضافه کردن مقدار کمی از Y2O3 همچنین مقاومت اکسیداسیون آن را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

استفاده از عناصر نادر زمین در سرامیک های عملکردی

زمین های نادراز نزدیک با سرامیک های عملکردی مرتبط هستند. اضافه کردن خاصعناصر نادر زمینبه مواد اولیه بسیاری از سرامیک های کاربردی نه تنها می تواند پخت و پز ، چگالی ، قدرت و غیره سرامیک را بهبود بخشد ، بلکه مهمتر از آن ، می تواند اثرات عملکردی منحصر به فرد آنها را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد.

1نقش در سرامیک های ابررسانا از سال 1987 ، هنگامی که دانشمندان مادی چین ، ژاپن ، ایالات متحده و سایر کشورها این سرامیک اکسید را کشف کردنداکسید مس Barium Yttrium(YBCO) از ابررساناتی با درجه حرارت بالا عالی (TC تا 92K) برخوردار است ، مردم کارهای زیادی را در تحقیقات عملکرد و توسعه کاربرد سرامیک های ابررسانا با درجه بالایی زمین نادر انجام داده اند و پیشرفت های عمده ای داشته اند. مطالعات ژاپنی نشان داده است که پس از جایگزینی Y در YBCO بازمین های نادر سبک(ln) مانندNd, Sm, EuوتGd، قدرت میدان مغناطیسی بحرانی مواد سرامیکی ابررسانا حاصل از LNBCO به طور قابل توجهی بهبود یافته است ، و نیروی پین کردن شار مغناطیسی نیز بسیار افزایش یافته است ، که از نظر عملی در برق ، ذخیره انرژی و حمل و نقل از ارزش عملی بسیار خوبی برخوردار است. دانشگاه پکن استفاده کردZRO2به عنوان یک بستر و آن را تا حدود 200 درجه سانتیگراد گرم کرده و y را تبخیر می کند (یا موارد دیگرزمین های نادر) ، اکسیدهای BA و مس روی بستر در لایه ها برای درمان انتشار ، و گرما آنها را در محدوده دمای 800-900 درجه سانتیگراد درمان می کند. سرامیک های ابررسانا حاصل ضریب دمای مقاومت فلزی خوب بالاتر از 100K را نشان داد. دانشگاه کاگوشیما در ژاپن اضافه کردزمین نادراکسیدهای LA به SR و NB برای ساخت یک فیلم سرامیکی ، که ابررساناتی را در 255 کیلوگرم به نمایش گذاشت.

2 کاربرد در سرامیک پیزوالکتریک منجر به تیتانات (pbtio3) یک سرامیک پیزوالکتریک معمولی با اثر اتصال انرژی مکانیکی انرژی الکتریکی است. این دمای کوری بالا (490 درجه سانتیگراد) و ثابت دی الکتریک کم است و برای کاربرد در شرایط درجه حرارت بالا و فرکانس بالا مناسب است. با این حال ، در طی فرآیند آماده سازی و خنک کننده ، میکرو ترک ها به دلیل انتقال فاز مکعب-تتراگون ، مستعد هستند. به منظور حل این مشکل ، از زمین های نادر برای اصلاح آن استفاده می شود. پس از پخت و پز در دمای 1150 درجه سانتیگراد ، سرامیک های RE-PBTIO3 با چگالی نسبی 99 ٪ می توان به دست آورد. ریزساختار به طور قابل توجهی بهبود یافته است و می تواند برای تولید آرایه های مبدل که در شرایط فرکانس بالا 75 مگاهرتز کار می کنند ، استفاده شود. در سرامیک های پیزوالکتریک تیتانات زیرکونات سرب (PZT) با ضرایب پیزوالکتریک بالا ، با افزودن اکسیدهای نادر زمین مانندLA2O3, SM2O3وتnd2O3، خواص پخت و پز سرامیک PZT می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد و خواص الکتریکی و پیزوالکتریک پایدار قابل دستیابی است. علاوه بر این ، با افزودن مقدار کمی اکسید زمین نادر ، عملکرد سرامیک PZT را می توان بهبود بخشیدمدیرعامل 2بشر پس از افزودن CEO2 ، مقاومت به حجم سرامیک PZT افزایش می یابد ، که منجر به تحقق قطبش در دمای بالا و میدان الکتریکی بالا در این فرآیند می شود و مقاومت آن در برابر پیری زمان و پیری نیز بهبود می یابد. سرامیک PZT اصلاح شده توسطزمین های نادربه طور گسترده در ژنراتورهای ولتاژ بالا ، ژنراتورهای اولتراسونیک ، مبدل های صوتی زیر آب و سایر دستگاه ها مورد استفاده قرار گرفته است.

3کاربرد در سرامیک های رسانا سرامیک زیرکونیا تثبیت شده Yttrium (YSZ) بااکسید زمین نادر y2O3از آنجا که افزودنی از ثبات حرارتی و شیمیایی خوبی در دماهای بالا برخوردار است ، هادی های یون اکسیژن خوبی هستند و در سرامیک های رسانا یونی از موقعیت برجسته ای برخوردار هستند. از سنسورهای سرامیکی YSZ با موفقیت برای اندازه گیری فشار جزئی اکسیژن در اگزوز خودرو استفاده شده ، به طور موثری نسبت هوا/سوخت را کنترل می کند و اثرات صرفه جویی در مصرف انرژی دارد. آنها به طور گسترده در دیگهای بخار صنعتی ، کوره های ذوب ، سوزاندن و سایر تجهیزات مبتنی بر احتراق مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال ، سرامیک YSZ فقط در صورت بالاتر بودن درجه حرارت از 900 درجه سانتیگراد ، هدایت یونی بالایی را نشان می دهد ، بنابراین کاربرد آنها هنوز هم در معرض محدودیت های خاصی است. تحقیقات موجود نشان داده است که اضافه کردن مقدار مناسب Y2O3 یاGD2O3 to bi2O3سرامیک با هدایت یونی بالاتر می تواند فاز مکعب صورت محور BI2O3 را به دمای اتاق تثبیت کند. در همان زمان ، الگوهای پراش پرتو X همچنین نشان داده اند که (Bi2O3) 0.75 · (Y2O3) 0.25 و (Bi2O3) 0.65 · (GD2O3) 0.35 هر دو ساختار مکعب با محور پایدار با هدایت یون اکسیژن بالا هستند. پس از پوشش دادن سمت این سرامیک با یک فیلم محافظ (ZRO2) 0.92 (Y2O3) 0.08 ، سلولهای سوخت و سنسورهای اکسیژن با هدایت یونی بالا و پایداری خوب که می تواند در شرایط دمای متوسط ​​(500 ~ 800) کار کند ، می تواند تهیه و مونتاژ شود ، که این امر برای حل مشکلات ناشی از فن آوری پر از دمای پر است.

4 کاربرد در سرامیک های دی الکتریک دی الکتریک دی الکتریک عمدتاً برای تهیه خازن های سرامیکی و اجزای دی الکتریک مایکروویو استفاده می شود. در سرامیک دی الکتریک مانندtiO2، mgtio3 ،batio3و سرامیک های دی الکتریک کامپوزیت آنها ، اضافه کردنزمین های نادرمانند LA ، ND و DY می توانند خصوصیات دی الکتریک خود را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند. به عنوان مثال ، در سرامیک های Batio3 با ثابت دی الکتریک بالا ، اضافه کردن ترکیبات زمین نادر LA و ND با مقدار ثابت دی الکتریک ε = 30 ~ 60 می تواند ثابت دی الکتریک خود را در محدوده دمای گسترده پایدار نگه دارد و عمر سرویس دستگاه به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در سرامیک دی الکتریک برای خازن های جبران حرارتی ، زمین های نادر نیز می توانند در صورت لزوم برای بهبود یا تنظیم ثابت دی الکتریک ، ضریب دما و فاکتور کیفیت سرامیک ها به طور مناسب اضافه شوند و از این طریق دامنه کاربرد آن را گسترش دهند. سرامیک های تیتانات منیزیم خازن پایدار با پایدار با LA2O3 اصلاح می شوند ، و سرامیک های MGO · TIO2-LA2O3-TIO2 به دست آمده و سرامیک های Catio3-Mgtio3-La2tio5 نه تنها ویژگی های اصلی از دست دادن دی الکتریک و ضریب دما را نیز به طور قابل توجهی بهبود می بخشند ، بلکه به طور قابل توجهی بهبود می یابد.ثابت

5 کاربرد در سرامیک های حساس سرامیک های حساس نوع مهمی از سرامیک های عملکردی است. آنها با حساسیت به شرایط خارجی خاص مانند ولتاژ ، ترکیب گاز ، دما ، رطوبت و غیره حساس می شوند ، بنابراین می توانند مدارها ، فرآیندهای عملیاتی یا محیط را از طریق واکنش یا تغییر پارامترهای عملکرد الکتریکی مرتبط خود کنترل کنند. آنها به طور گسترده ای به عنوان عناصر سنجش در مدارهای کنترل مورد استفاده قرار می گیرند ، بنابراین به آنها سرامیک سنسور نیز گفته می شود. بین زمین های نادر و عملکرد این نوع سرامیک رابطه نزدیکی وجود دارد.
(1) سرامیک های الکترو نوری: با اضافه کردن اکسید زمین نادرLA2O3به PZT ، سرامیک های الکترو نوری برقی لانتانوم شفاف لانتانوم (PLZT) می توان به دست آورد. ماده اصلی ماتریس PZT به دلیل وجود منافذ ، مراحل مرزی دانه و ناهمسانگرد به طور کلی مات است ، در حالی که افزودن La2O3 یکنواخت ساختار آن را به صورت یکنواخت ، منافذ تا حد زیادی از بین می برد ، ناهمسانگرد آن را تضعیف می کند ، و به طور قابل ملاحظه ای باعث می شود که نور پراکنده ایجاد شده در اثر افزایش چند مرحله ای از سکوهای شسته شده در مرزهای دانه ای ایجاد شود. بنابراین ، PLZT عملکرد انتقال نور خوبی دارد. PLZT به طور گسترده ای در عینک برای محافظت از تابش انفجار هسته ای ، پنجره های بمب افکن های سنگین ، تعدیل کننده های ارتباطی نوری ، دستگاه های ضبط هولوگرافی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
(2) سرامیک واریستور: دانشگاه مرکزی فناوری جنوبی تأثیر عناصر نادر زمین را بر خواص الکتریکی سرامیک های واریستور ZnO مورد مطالعه قرار داد. پس از سرامیک های واریستور ZnO با اکسید زمین نادر دوپ شدندLA2O3، ولتاژ ولتاژ VLMA آنها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. هنگامی که مقدار دوپینگ از 0.1 ٪ به 10 ٪ افزایش یافته است ، ضریب غیرخطی α سرامیک از 20 به 1 کاهش یافته و اساساً هیچ ویژگی واریستور ندارد. بنابراین ، برای سرامیک ZnO ، دوپینگ عنصر کمیاب زمین کم متمرکز می تواند مقدار ولتاژ واریستور آن را افزایش دهد ، اما تأثیر کمی در ضریب غیرخطی دارد. و دوپینگ با غلظت بالا خصوصیات واریستور را نشان نمی دهد.
(3) سرامیک های حساس به گاز: از دهه 1970 ، مردم تحقیقات زیادی در مورد نقش اضافه کردن اکسیدهای نادر زمین به مواد سرامیکی حساس به گاز مانند ZnO انجام داده اند ،sno2وتFE2O3، و مواد اکسید کامپوزیت زمین نادر ABO3 و A2BO4 را تولید کرده اند. نتایج تحقیقات نشان می دهد که افزودن اکسیدهای خاکی نادر به ZnO می تواند حساسیت آن به پروپیلن را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. اضافه کردنمدیرعامل 2برای SNO2 می تواند یک عنصر سینتر شده را تولید کند که به اتانول حساس باشد.
(4) سرامیک ترمیستور: باریم تیتانات (BATIO3) سرامیک های ترمیستور مورد مطالعه و پرکاربردترین است. هنگامی که عناصر نادر زمین مانند La ، Ce ، Sm ، Dy ، Y و غیره به Batio3 اضافه می شوند (کسر اتمی مولی به 0.2 ٪ تا 0.3 ٪ کنترل می شود) ، بخشی از Ba2 توسط RE3+ با شعاعی شبیه به Ba2 جایگزین می شود ، و باعث ایجاد بارهای مثبت بیش از حد می شود و الکترونهای ضعیف را از طریق عمل Ti4+ ، مقاومت می کنند. با این حال ، اگر مقدار دوپینگ بیش از یک مقدار مشخص باشد ، به دلیل تشکیل جای خالی Ba2+ و ناپدید شدن حامل های رسانا ، مقاومت سرامیک به شدت افزایش می یابد و حتی به یک عایق تبدیل می شود.
(5) سرامیک های حساس به رطوبت: در میان انواع مختلف سرامیک های حساس به رطوبت ، زمین های نادر که در حال حاضر اضافه شده است ، عمدتا Lanthanum و اکسیدهای آن مانند سیستم SR1-Xlaxsno3 ، سیستم La2O3-Tio2-V2O5 ، SR0.95LA0.05SNO3 و SR0.95LA0.05SNO3 و PD0.91LA0.09 (ZR0.65TI0.35) 0.98O3-KH2PO3 و غیره.زمین نادرعلاوه بر این در خصوصیات مربوط به سرامیک.

ما در زمینه صادرات محصولات نادر زمین ، برای خرید محصول نادر زمین ، به آن خوش آمدید.با ما تماس می گیرد

Sales@shxlchem.com; Delia@shxlchem.com 

WhatsApp & Tel: 008613524231522 ؛ 0086 13661632459