ترکیبات مهم خاکی کمیاب: پودر اکسید ایتریم چه کاربردهایی دارد؟

ترکیبات مهم خاکی کمیاب: پودر اکسید ایتریم چه کاربردهایی دارد؟

خاک کمیاب یک منبع استراتژیک بسیار مهم است و نقشی بی بدیل در تولید صنعتی دارد. شیشه اتومبیل، تشدید مغناطیسی هسته ای، فیبر نوری، نمایشگر کریستال مایع و غیره از افزودن خاک کمیاب جدایی ناپذیر هستند. در این میان، ایتریوم (Y) یکی از عناصر فلزی کمیاب خاکی و نوعی فلز خاکستری است. با این حال، به دلیل محتوای بالای آن در پوسته زمین، قیمت آن نسبتاً ارزان است و به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. در تولید اجتماعی فعلی، عمدتاً در حالت آلیاژ ایتریم و اکسید ایتریم استفاده می شود.

ایتریوم فلزی
در میان آنها اکسید ایتریم (Y2O3) مهمترین ترکیب ایتریم است. در آب و قلیایی نامحلول است، در اسید محلول است و ظاهری شبیه پودر کریستالی سفید دارد (ساختار بلوری متعلق به سیستم مکعبی است). پایداری شیمیایی بسیار خوبی دارد و در خلاء است. فراریت کم، مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر خوردگی، دی الکتریک بالا، شفافیت (مادون قرمز) و مزایای دیگر، بنابراین در بسیاری از زمینه ها استفاده شده است. موارد خاص چیست؟ بیایید نگاهی بیندازیم.

ساختار کریستالی اکسید ایتریوم

01 سنتز پودر زیرکونیای تثبیت شده با ایتریم. تغییرات فاز زیر در طول خنک کردن ZrO2 خالص از دمای بالا به دمای اتاق رخ می دهد: فاز مکعبی (c) → فاز چهار ضلعی (t) → فاز مونوکلینیک (m)، که در آن t در 1150 درجه سانتی گراد → تغییر فاز متر رخ می دهد. همراه با افزایش حجم حدود 5٪. با این حال، اگر نقطه انتقال فاز t→m ZrO2 به دمای اتاق تثبیت شود، انتقال فاز t→m توسط تنش در طول بارگذاری القا می‌شود. به دلیل اثر حجمی ایجاد شده توسط تغییر فاز، مقدار زیادی انرژی شکست جذب می‌شود. به طوری که ماده انرژی شکست غیرعادی بالایی از خود نشان می دهد، به طوری که ماده چقرمگی شکست غیرعادی بالایی را نشان می دهد که منجر به چقرمگی تبدیل فاز می شود، و چقرمگی بالا و مقاومت در برابر سایش بالا. جنسیت

برای دستیابی به سختی تغییر فاز سرامیک های زیرکونیا، باید یک تثبیت کننده خاص اضافه شود و تحت شرایط پخت خاص، متاثبات سازی فاز-تتراگونال پایدار در دمای بالا به دمای اتاق، یک فاز چهار ضلعی را به دست می آورد که می تواند در دمای اتاق تبدیل فاز شود. . این اثر تثبیت کننده تثبیت کننده ها بر روی زیرکونیا است. Y2O3 تا کنون بیشترین تحقیق را در مورد تثبیت کننده اکسید زیرکونیوم انجام داده است. مواد متخلخل Y-TZP دارای خواص مکانیکی عالی در دمای اتاق، استحکام بالا، چقرمگی شکست خوب است و اندازه دانه مواد در مجموعه آن کوچک و یکنواخت است، بنابراین دارای توجه بیشتری را به خود جلب کرد. 02 وسایل کمک تف جوشی زینترینگ بسیاری از سرامیک های خاص نیاز به مشارکت مواد کمکی تف جوشی دارد. نقش کمک های پخت را به طور کلی می توان به بخش های زیر تقسیم کرد: تشکیل یک محلول جامد با زینتر؛ جلوگیری از تبدیل شکل کریستالی. مهار رشد دانه کریستال؛ تولید فاز مایع به عنوان مثال، در تف جوشی آلومینا، اکسید منیزیم MgO اغلب به عنوان تثبیت کننده ریزساختار در طول فرآیند پخت اضافه می شود. می تواند دانه ها را تصفیه کند، تفاوت انرژی مرزی دانه را تا حد زیادی کاهش دهد، ناهمسانگردی رشد دانه را تضعیف کند و رشد دانه ناپیوسته را مهار کند. از آنجایی که MgO در دماهای بالا بسیار فرار است، برای دستیابی به نتایج خوب، اکسید ایتریوم اغلب با MgO مخلوط می شود. Y2O3 می تواند دانه های کریستال را تصفیه کرده و تراکم تف جوشی را افزایش دهد. گارنت آلومینیوم ایتریوم مصنوعی پودر 03YAG (Y3Al5O12) یک ترکیب مصنوعی است، بدون مواد معدنی طبیعی، بی رنگ، سختی Mohs می تواند به 8.5 برسد، نقطه ذوب 1950 ℃، نامحلول در اسید سولفوریک، اسید هیدروکلریک، اسید نیتریک، اسید هیدروفلوئوریک و غیره. روش فاز جامد با دمای بالا یک روش سنتی برای تهیه YAG است پودر. با توجه به نسبت به دست آمده در نمودار فاز دوتایی اکسید ایتریم و اکسید آلومینیوم، این دو پودر مخلوط شده و در دمای بالا پخته می شوند و پودر YAG از طریق واکنش فاز جامد بین اکسیدها تشکیل می شود. در شرایط دمای بالا در واکنش آلومینا و اکسید ایتریم ابتدا مزوفازهای YAM و YAP و در نهایت YAG تشکیل می شود.

روش فاز جامد با دمای بالا برای تهیه پودر YAG کاربردهای زیادی دارد. به عنوان مثال، اندازه پیوند Al-O آن کوچک است و انرژی پیوند بالا است. تحت تأثیر الکترون ها، عملکرد نوری ثابت نگه داشته می شود و معرفی عناصر خاکی کمیاب می تواند عملکرد لومینسانس فسفر را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. و YAG می تواند با دوپینگ با یون های خاکی کمیاب سه ظرفیتی مانند Ce3+ و Eu3+ به فسفر تبدیل شود. علاوه بر این، کریستال YAG دارای شفافیت خوب، خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار پایدار، مقاومت مکانیکی بالا و مقاومت در برابر خزش حرارتی است. این یک ماده کریستالی لیزری با طیف گسترده ای از کاربردها و عملکرد ایده آل است.

کریستال YAG 04 سرامیک شفاف اکسید ایتریم همواره تمرکز تحقیقاتی در زمینه سرامیک های شفاف بوده است. به سیستم کریستالی مکعبی تعلق دارد و دارای خواص نوری همسانگرد هر محور است. در مقایسه با ناهمسانگردی آلومینا شفاف، تصویر کمتر تحریف می شود، بنابراین به تدریج، توسط لنزهای پیشرفته یا پنجره های نوری نظامی ارزش گذاری و توسعه یافته است. ویژگی های اصلی خواص فیزیکی و شیمیایی آن عبارتند از: ① نقطه ذوب بالا، پایداری شیمیایی و فتوشیمیایی خوب است، و محدوده شفافیت نوری گسترده است (0.23 ~ 8.0μm). ②در 1050 نانومتر، ضریب شکست آن به 1.89 می رسد، که باعث می شود انتقال نظری آن بیش از 80٪ باشد. ③Y2O3 به اندازه کافی برای تطبیق اکثر موارد وجود دارد. شکاف باند از باند هدایت بزرگتر تا باند ظرفیت سطح انتشار یونهای خاکی کمیاب سه ظرفیتی را می توان به طور موثر با دوپینگ یونهای خاکی کمیاب تنظیم کرد. ; ④انرژی فونون کم است و حداکثر فرکانس قطع فونون آن حدود 550cm-1 است. انرژی کم فونون می تواند احتمال انتقال غیر تابشی را سرکوب کند، احتمال انتقال تابش را افزایش دهد و بازده کوانتومی لومینسانس را بهبود بخشد. ⑤رسانایی حرارتی بالا، حدود 13.6W/(m·K)، هدایت حرارتی بالا بسیار است

برای آن به عنوان یک ماده متوسط ​​لیزر جامد مهم است.

سرامیک شفاف اکسید ایتریوم که توسط شرکت شیمیایی Kamishima ژاپن ساخته شده است

نقطه ذوب Y2O3 حدود 2690 درجه سانتیگراد است و دمای پخت در دمای اتاق حدود 1700 تا 1800 درجه سانتیگراد است. برای ساخت سرامیک های انتقال دهنده نور، بهتر است از پرس گرم و تف جوشی استفاده شود. به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی عالی، سرامیک های شفاف Y2O3 به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند و به طور بالقوه توسعه می یابند، از جمله: پنجره ها و گنبدهای مادون قرمز موشک، لنزهای مرئی و مادون قرمز، لامپ های تخلیه گاز فشار بالا، سوسوزن های سرامیکی، لیزرهای سرامیکی و زمینه های دیگر.