Quelle est l’influence des oxydes de terres rares dans les revêtements céramiques ?

Les céramiques, les matériaux métalliques et les matériaux polymères sont répertoriés comme les trois principaux matériaux solides. La céramique possède de nombreuses excellentes propriétés, telles que la résistance aux températures élevées, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, etc., car le mode de liaison atomique de la céramique est une liaison ionique, une liaison covalente ou une liaison mixte ion-covalente avec une énergie de liaison élevée. Le revêtement céramique peut modifier l'apparence, la structure et les performances de la surface extérieure du substrat. Le composite revêtement-substrat est privilégié pour ses nouvelles performances. Il peut combiner organiquement les caractéristiques originales du substrat avec les caractéristiques de résistance à haute température, de résistance élevée à l'usure et de résistance élevée à la corrosion des matériaux céramiques, et faire jouer pleinement les avantages complets des deux types de matériaux, de sorte qu'il est largement utilisé dans l'aérospatiale. , l'aviation, la défense nationale, l'industrie chimique et d'autres industries.

Les terres rares sont surnommées la « maison au trésor » des nouveaux matériaux, en raison de leur structure électronique 4f unique et de leurs propriétés physiques et chimiques. Cependant, les métaux des terres rares pures sont rarement utilisés directement dans la recherche, et les composés des terres rares sont principalement utilisés. Les composés les plus courants sont CeO2, La2O3, Y2O3, LaF3, CeF, CeS et le ferrosilicium des terres rares. Ces composés de terres rares peuvent améliorer la structure et les propriétés des matériaux céramiques et des revêtements céramiques.

I application des oxydes de terres rares dans les matériaux céramiques

L'ajout d'éléments de terres rares comme stabilisants et aides au frittage à différentes céramiques peut réduire la température de frittage, améliorer la résistance et la ténacité de certaines céramiques structurelles et ainsi réduire le coût de production. Dans le même temps, les éléments des terres rares jouent également un rôle très important dans les capteurs de gaz semi-conducteurs, les supports micro-ondes, les céramiques piézoélectriques et autres céramiques fonctionnelles. La recherche a révélé que l'ajout de deux ou plusieurs oxydes de terres rares aux céramiques d'alumine est préférable à l'ajout d'un seul oxyde de terres rares aux céramiques d'alumine. Après test d'optimisation, Y2O3+CeO2 a le meilleur effet. Lorsque 0,2 % Y2O3 + 0,2 % CeO2 sont ajoutés à 1 490 ℃, la densité relative des échantillons frittés peut atteindre 96,2 %, ce qui dépasse la densité des échantillons contenant n'importe quel oxyde de terre rare Y2O3 ou CeO2 seul.

L'effet de La2O3+Y2O3, Sm2O3+La2O3 pour favoriser le frittage est meilleur que celui de l'ajout uniquement de La2O3, et la résistance à l'usure est évidemment améliorée. Il montre également que le mélange de deux oxydes de terres rares n'est pas une simple addition, mais qu'il existe une interaction entre eux, ce qui est plus bénéfique au frittage et à l'amélioration des performances des céramiques d'alumine, mais le principe reste à étudier.

De plus, il a été constaté que l'ajout d'oxydes mixtes de terres rares comme auxiliaires de frittage peut améliorer la migration des matériaux, favoriser le frittage des céramiques MgO et améliorer la densité. Cependant, lorsque la teneur en oxyde métallique mixte est supérieure à 15 %, la densité relative diminue et la porosité ouverte augmente.

Deuxièmement, l'influence des oxydes de terres rares sur les propriétés des revêtements céramiques

Les recherches existantes montrent que les éléments des terres rares peuvent affiner la taille des grains, augmenter la densité, améliorer la microstructure et purifier l'interface. Il joue un rôle unique dans l'amélioration de la résistance, de la ténacité, de la dureté, de la résistance à l'usure et de la résistance à la corrosion des revêtements céramiques, ce qui améliore dans une certaine mesure les performances des revêtements céramiques et élargit la gamme d'applications des revêtements céramiques.

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Amélioration des propriétés mécaniques des revêtements céramiques par les oxydes de terres rares

Les oxydes de terres rares peuvent améliorer considérablement la dureté, la résistance à la flexion et la résistance à la traction des revêtements céramiques. Les résultats expérimentaux montrent que la résistance à la traction du revêtement peut être efficacement améliorée en utilisant Lao _ 2 comme additif dans un matériau Al2O3 + 3 % TiO _ 2, et que la résistance à la traction peut atteindre 27,36 MPa lorsque la quantité de Lao _ 2 est de 6,0. %. En ajoutant du CeO2 avec une fraction massique de 3,0 % et 6,0 % dans le matériau Cr2O3, la résistance à la traction du revêtement est comprise entre 18 et 25 MPa, ce qui est supérieur aux 12 à 16 MPa d'origine. Cependant, lorsque la teneur en CeO2 est de 9,0 %, la résistance à la traction la force de liaison diminue à 12 ~ 15 MPa.

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Amélioration de la résistance aux chocs thermiques du revêtement céramique par des terres rares

Le test de résistance aux chocs thermiques est un test important pour refléter qualitativement la force de liaison entre le revêtement et le substrat et la correspondance du coefficient de dilatation thermique entre le revêtement et le substrat. Il reflète directement la capacité du revêtement à résister au pelage lorsque la température change alternativement pendant l'utilisation, et reflète également la capacité du revêtement à résister à la fatigue par choc mécanique et à la capacité de liaison avec le substrat depuis le côté. Par conséquent, c'est également le facteur clé pour juger de la qualité du revêtement céramique.

La recherche montre que l'ajout de 3,0 % de CeO2 peut réduire la porosité et la taille des pores du revêtement, ainsi que la concentration de contraintes au bord des pores, améliorant ainsi la résistance aux chocs thermiques du revêtement Cr2O3. Cependant, la porosité du revêtement céramique Al2O3 a diminué et la force de liaison et la durée de vie du revêtement en cas de rupture par choc thermique ont évidemment augmenté après l'ajout de LaO2. Lorsque la quantité ajoutée de LaO2 est de 6 % (fraction massique), la résistance aux chocs thermiques du revêtement est la meilleure et la durée de vie en cas de rupture par choc thermique peut atteindre 218 fois, tandis que la durée de vie en cas de rupture par choc thermique du revêtement sans LaO2 n'est que de 163. fois.

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Les oxydes de terres rares affectent la résistance à l'usure des revêtements

Les oxydes de terres rares utilisés pour améliorer la résistance à l'usure des revêtements céramiques sont majoritairement CeO2 et La2O3. Leur structure en couches hexagonale peut présenter une bonne fonction de lubrification et maintenir des propriétés chimiques stables à haute température, ce qui peut améliorer efficacement la résistance à l'usure et réduire le coefficient de frottement.

La recherche montre que le coefficient de frottement du revêtement avec une quantité appropriée de CeO2 est faible et stable. Il a été rapporté que l'ajout de La2O3 au revêtement de cermet à base de nickel pulvérisé au plasma peut évidemment réduire l'usure par friction et le coefficient de frottement du revêtement, et que le coefficient de frottement est stable avec peu de fluctuation. La surface d'usure de la couche de revêtement sans terres rares présente une adhérence importante, une rupture fragile et un effritement. Cependant, le revêtement contenant des terres rares présente une faible adhérence sur la surface usée et il n'y a aucun signe d'écaillage fragile sur une grande surface. La microstructure du revêtement dopé aux terres rares est plus dense et plus compacte, et les pores sont réduits, ce qui réduit la force de friction moyenne supportée par les particules microscopiques et réduit la friction et l'usure. Le dopage des terres rares peut également augmenter la distance du plan cristallin des cermets, cela conduit au changement de la force d'interaction entre les deux faces du cristal et réduit le coefficient de frottement.

Résumé:

Bien que les oxydes de terres rares aient réalisé de grands progrès dans l'application de matériaux et de revêtements céramiques, qui peuvent améliorer efficacement la microstructure et les propriétés mécaniques des matériaux et revêtements céramiques, il existe encore de nombreuses propriétés inconnues, notamment en matière de réduction du frottement et de l'usure. la résistance et la résistance à l'usure des matériaux coopèrent avec leurs propriétés lubrifiantes est devenue une direction importante digne de discussion dans le domaine de la tribologie.

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