Composés de terres rares importants : Quelles sont les utilisations de la poudre d’oxyde d’yttrium ?

Composés de terres rares importants : Quelles sont les utilisations de la poudre d’oxyde d’yttrium ?

Les terres rares sont une ressource stratégique extrêmement importante et jouent un rôle irremplaçable dans la production industrielle. Le verre automobile, la résonance magnétique nucléaire, la fibre optique, l'affichage à cristaux liquides, etc. sont indissociables de l'ajout de terres rares. Parmi eux, l'yttrium (Y) est l'un des éléments métalliques des terres rares et est une sorte de métal gris. Cependant, en raison de sa teneur élevée dans la croûte terrestre, son prix est relativement bon marché et il est largement utilisé. Dans la production sociale actuelle, il est principalement utilisé à l'état d'alliage d'yttrium et d'oxyde d'yttrium.

Yttrium métal
Parmi eux, l’oxyde d’yttrium (Y2O3) est le composé d’yttrium le plus important. Il est insoluble dans l'eau et les alcalis, soluble dans l'acide et a l'apparence d'une poudre cristalline blanche (la structure cristalline appartient au système cubique). Il présente une très bonne stabilité chimique et se conserve sous vide. Faible volatilité, résistance thermique élevée, résistance à la corrosion, diélectrique élevé, transparence (infrarouge) et autres avantages, il a donc été appliqué dans de nombreux domaines. Quels sont les plus spécifiques ? Jetons un coup d'œil.

La structure cristalline de l'oxyde d'yttrium

01 Synthèse de poudre de zircone stabilisée à l'yttrium. Les changements de phase suivants se produiront lors du refroidissement du ZrO2 pur de haute température à température ambiante : phase cubique (c) → phase tétragonale (t) → phase monoclinique (m), où t se produira à 1 150 °C → m changement de phase, accompagné d'une expansion des volumes d'environ 5%. Cependant, si le point de transition de phase t→m de ZrO2 est stabilisé à température ambiante, la transition de phase t→m est induite par la contrainte lors du chargement. En raison de l'effet de volume généré par le changement de phase, une grande quantité d'énergie de fracture est absorbée. , de sorte que le matériau présente une énergie de rupture anormalement élevée, de telle sorte que le matériau présente une ténacité à la rupture anormalement élevée, ce qui entraîne une ténacité par transformation de phase, une ténacité élevée et une résistance à l'usure élevée. sexe.

Pour obtenir le durcissement par changement de phase des céramiques de zircone, un certain stabilisant doit être ajouté et, dans certaines conditions de cuisson, la méta-stabilisation de phase tétragonale stable à haute température à température ambiante permet d'obtenir une phase tétragonale qui peut être transformée en phase à température ambiante. . C'est l'effet stabilisant des stabilisants sur la zircone. Y2O3 est le stabilisateur d'oxyde de zirconium le plus étudié à ce jour. Le matériau fritté Y-TZP possède d'excellentes propriétés mécaniques à température ambiante, une résistance élevée, une bonne ténacité à la rupture et la taille des grains du matériau dans son collectif est petite et uniforme, il a donc attiré davantage d’attention. 02 Auxiliaires de frittage Le frittage de nombreuses céramiques spéciales nécessite la participation d'auxiliaires de frittage. Le rôle des aides au frittage peut généralement être divisé en les parties suivantes : former une solution solide avec le fritté ; Empêcher la transformation de la forme cristalline ; inhiber la croissance des grains cristallins ; produire une phase liquide. Par exemple, lors du frittage de l’alumine, de l’oxyde de magnésium MgO est souvent ajouté comme stabilisant de microstructure pendant le processus de frittage. Il peut affiner les grains, réduire considérablement la différence d'énergie aux limites des grains, affaiblir l'anisotropie de la croissance des grains et inhiber la croissance discontinue des grains. Étant donné que le MgO est très volatil à haute température, afin d’obtenir de bons résultats, l’oxyde d’yttrium est souvent mélangé au MgO. Y2O3 peut affiner les grains de cristal et favoriser la densification par frittage. Le grenat d'aluminium et d'yttrium synthétique en poudre 03YAG (Y3Al5O12) est un composé artificiel, sans minéraux naturels, incolore, la dureté Mohs peut atteindre 8,5, point de fusion 1950 ℃, insoluble dans l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide nitrique, l'acide fluorhydrique, etc. La méthode en phase solide à haute température est une méthode traditionnelle de préparation de poudre de YAG. Selon le rapport obtenu dans le diagramme de phase binaire de l'yttrium oxyde et oxyde d'aluminium, les deux poudres sont mélangées et cuites à haute température, et la poudre YAG est formée par la réaction en phase solide entre les oxydes. Dans des conditions de température élevée, lors de la réaction de l'alumine et de l'oxyde d'yttrium, les mésophases YAM et YAP se formeront en premier, et enfin YAG se formera.

La méthode en phase solide à haute température pour préparer la poudre YAG a de nombreuses applications. Par exemple, la taille de sa liaison Al-O est petite et l’énergie de liaison est élevée. Sous l'impact des électrons, les performances optiques restent stables et l'introduction d'éléments de terres rares peut améliorer considérablement les performances de luminescence du phosphore. Et YAG peut devenir phosphore en dopant avec des ions de terres rares trivalents tels que Ce3+ et Eu3+. De plus, le cristal YAG présente une bonne transparence, des propriétés physiques et chimiques très stables, une résistance mécanique élevée et une bonne résistance au fluage thermique. Il s'agit d'un matériau cristallin laser offrant une large gamme d'applications et des performances idéales.

L'oxyde d'yttrium en céramique transparente YAG crystal 04 a toujours été au centre de la recherche dans le domaine de la céramique transparente. Il appartient au système cristallin cubique et possède les propriétés optiques isotropes de chaque axe. Par rapport à l'anisotropie de l'alumine transparente, l'image est moins déformée, elle a donc progressivement été valorisée et développée par des lentilles haut de gamme ou des fenêtres optiques militaires. Les principales caractéristiques de ses propriétés physiques et chimiques sont : ①Point de fusion élevé, la stabilité chimique et photochimique est bonne et la plage de transparence optique est large (0,23 ~ 8,0 μm) ; ②À 1050 nm, son indice de réfraction atteint 1,89, ce qui lui confère une transmission théorique de plus de 80 % ; ③Y2O3 a suffisamment pour accueillir la plupart. La bande interdite de la plus grande bande de conduction à la bande de valence du niveau d'émission des ions de terres rares trivalents peut être efficacement adaptée par le dopage des ions de terres rares. Afin de réaliser la multifonctionnalisation de son application ; ④L'énergie des phonons est faible et sa fréquence de coupure maximale des phonons est d'environ 550 cm-1. La faible énergie des phonons peut supprimer la probabilité de transition non radiative, augmenter la probabilité de transition de rayonnement et améliorer l'efficacité quantique de luminescence ; ⑤ Conductivité thermique élevée, environ 13,6 W/(m·K), une conductivité thermique élevée est extrêmement

important pour lui en tant que matériau de support laser solide.

Céramique transparente à l'oxyde d'yttrium développée par la société japonaise Kamishima Chemical Company

Le point de fusion de Y2O3 est d'environ 2 690 ℃ et la température de frittage à température ambiante est d'environ 1 700 ~ 1 800 ℃. Pour fabriquer des céramiques transmettant la lumière, il est préférable d’utiliser le pressage à chaud et le frittage. En raison de ses excellentes propriétés physiques et chimiques, les céramiques transparentes Y2O3 sont largement utilisées et potentiellement développées, notamment : les fenêtres et dômes infrarouges de missiles, les lentilles visibles et infrarouges, les lampes à décharge de gaz à haute pression, les scintillateurs en céramique, les lasers en céramique et d'autres domaines.